13.5 能量量子化（教学设计）- 【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019必修第三册）

第5节　能量量子化 教学设计 备课人 学科 物理 课题 能量量子化 教学内容分析 本节内容包括两部分，黑体和黑体辐射实验规律同经典理论的矛盾冲突、能量量子化概念的提出和理论的发展。教材回顾了人类提出能量量子化假设的历史，介绍了与以往经典电磁理论不同的量子理论。为学生在选修部分继续学习相关知识做了铺垫。 学情分析 学生对本节内容的相关生活经验少，理解起来有一定困难。例如，什么是黑体？为什么要研究黑体理想模型？“能量的量子化”和“能量的连续性”的概念冲突为什么使得当时的物理学家难以接受？因此，教师在教学过程中要多铺垫、多设疑，按照物理学史的发展进程展开，让学生逐步理解相关问题的提出、分析和研究过程。 教学目标 1、了解黑体辐射及其研究的历史脉络，感悟以实验为基础的科学探究方法。 2、了解能量子的概念及其提出的过程，领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。 3、了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立极大地丰富和深化了人们对于物质世界的认识。 教学 重难点 教学重点： 能量量子化的基本概念和创立过程。 教学难点： 理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突；理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求，也是当今现代化社会、现代化科技发展的动力源泉和根基。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 【讲述】19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律——能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，他们认为物理学已经发展到头了。于是，1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。” 【讲述】这两朵乌云指的是黑体辐射实验、光的速度。后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇而关于黑体辐射的问题正是我们今天要学习的内容。灌着两朵鲜花。 【提问】把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？ 了解引入能量子的历史背景。 思考。 从对物理学史的介绍入手，提出新的问题，引发学生的求知欲望。 从生活实际入手，为引出对热辐射、黑体的介绍做铺垫。 环节一 热辐射 【讲述】我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。所以，随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。 【讲述】大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。 【提问】如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，会怎样？ 【讲述】如果某物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体。 【提问】一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？ 　　 →近似黑体。 【讲述】研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。黑体辐射：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 【讲述】黑体辐射实验：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 【讲述】维恩的半经验公式：短波符合，长波不符合。瑞利-金斯公式：长波符合，短波荒唐。这被称为紫外灾难。 了解热辐射的概念，并据此分析铁块随着温度升高而出现的颜色变化。 结合上述现象，理解辐射强度按波长的分布情况与物体温度的关系。 思考并作答： 物体看起来是黑色的。 理解黑体概念。 思考并回答： 看不见窗里的情景，一片漆黑。 思考黑体辐射与温度之间的关系。 了解黑体辐射实验及紫外灾难。 从生活常见的现象出发，引导学生思考、分析。 在对热辐射进行分析的基础上，进一步提出问题，引出黑体的概念。 以生活中的实例做类比，易于学生理解相关概念。 由黑体辐射特点，到对黑体辐射