13.5《能量量子化》教学设计-人教版高中物理必修第三册

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1、13.5能量量子化教学设计课题 13.5能量量子化学科物理年级教材分析学情分析教学目标与核心素养重点难点能量量子化这一节是介绍近代物理知识非常重要的内容，通过对热辐射、 黑体辐射的研究，利用科学家们独特的思维方式，培养学生大胆、创新的能 力。希望引导学生学会利用能量子的思想理解客观世界，重视发挥物理学史的 教育功能。让学生了解量子力学的初期的探索历程。本节内容的核心是黑体辐射的特点，量子化思想的提出，光量子、原子的 量子化条件。本节的教学内容的主线有两条，第一条为知识层面上的，掌握黑 体辐射的特点，量子化思想；第二条为物理学史，量子理论初期科学家的贡 献。上一节课学生已经学习了电磁波，知道了电

2、磁波谱，简单知道了各种电磁 波的辐射规律。对于学生来说熟悉一切自然过程都是连续的这条原理。普朗 克的新思想是与经典理论相违背的，它打破了经典物理传统观念对人们的长期 束缚，这就为人们建立新的概念，探索新的理论开拓了一条新路。在他的假设 的启发下，许多现象得到了解释。 希望学生能够从普朗克的研究中学到大胆、 创新的科研能力。一、教学目标1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。2.了解普朗克的能量子假设。3.了解爱因斯坦光子假设。4.知道原子能级及能级跃迁理论。二、核心素养物理观念：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 研究方法和观念。科学思维：了解能量子的概念及其提出的过程，领会

3、这一科学概念的创新 性突破中蕴含的伟大科学思想。科学探究：经历量子化思想的探究活动，让学生了解量子力学的初期的探 索历程。科学态度与责任：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。1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。2.了解普朗克的能量子假设。了解能量子、光子、原子的能量也是量子化的规律。教学过程环节导入新课教师活动一、学习目标展示1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。 2.了解普朗克的能量子假设。学生活动了解本节课学习目标设计意图有目的的3.了解爱因斯坦光子假设。4.知道原子能级及能级跃迁理论。二、情景引入把铁块投进火炉中，刚开始铁

4、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？学生观察图片认真思考学习为引入课题做铺垫讲授【自学感知】一、热辐射1热辐射的概念：物体具有的与温度 有关的辐射电磁波的方 式。2热辐射规律：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长学生阅读课文，把读书自学的机会新的电磁波，当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。实验 认真还给课表明：辐射强度按波长的分布情况随物体的 温度而有所不同。 3黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 而不发生反射的物体。4黑体辐射规律：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以

5、向外辐研究，然后填学生。射电磁波，而且辐射电磁波的强度按波长 的分布只与它的温度 有关。 空，5 .解释：人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射 对填的理论解释，但是，用经典 的电磁理论解释时遇到了严重的困难。 二、能量子1定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的 整数 倍。这个不可再分的最小能量值 叫做能量子。2能量子的大小：h，其中 是电磁波的频率，h 是一个常量，称为普朗克常量。h=6.6310 34Js不出的空重新看书理解并与同桌锻炼学生的逻辑思3普朗克认为微观粒子的能量是量子化 的，是不连续(分立) 的。4爱因斯坦的光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成 的，

6、频率为 的光的能量子为 h，这些能量子被叫作光子 。三、能级1定义：原子的能量是量子化 的，这些量子化的能量值叫作能 级。2原子的稳定性：原子处于能量最低的状态时最稳定，原子处 于能量较高的能量状态时不稳定，会自发地向能量较低的能级跃迁， 放出光子 。3能级跃迁规律：原子从高能级态向低能级态跃迁时放出的光 子的能量等于 前后两个能级之差。4原子的发射光谱的特征：原子的能级是分立的，放出的光子 的能量也是分立的，因此，原子的发射光谱只有一些分立 的亮线。量子力学的作用：20 世纪 20 年代， 量子力学建立了，它能 5 .够很好地描述微观粒子运动的规律。核能、计算机、智能手机及激光 技术等的应用

7、都离不开量子力学。【探究解惑】探究一：一般物体与黑体的比较：热辐射特点吸收、反射特点讨论。学生理解后记忆维能力帮助学生透彻理解规律的实质。一般物体黑体辐射电磁波的情况与 温度有关，与材料的种类 及表面状况有关辐射电磁波的强度按 波长的分布只与黑体的温 度有关既吸收，又反射，其 能力与材料的种类及入射 光波长等因素有关完全吸收各种入射电 磁波，不反射【例 1】 (多选)下列说法正确的是( ) A物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波1 1 2 2B当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波 中该颜色的光强度最强D早、晚时分太阳呈现红色，而中午

8、时分呈现白色，说明中午 时分太阳温度最高答案:BC解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A 错误；铁 块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部 分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块 呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故 B、 C 正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸 收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D 错 误。探究二：普朗克的能量子观点与宏观世界中我们对能量的认识 有什么不同 ?学生思考讨论并回答学生让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。1、宏观世界中我们认为能量可以是任意值,

9、是连续的； 普朗克独立锻炼的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单完成学生位,大小为 =h，即能量不是连续的。解题的分2、宏观世界中我们认为能量是连续的是因为每一个能量子的能过程析能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的；而研究力，微观粒子时,单个的能量子能量较大就显示出不连续性。教师【例 2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是 400700引导nm,求 400 nm、700 nm 的电磁辐射的能量子的值是多少?下的答案:4.9710-19J 2.8410-19J讨c解析 根据公式 和 h 可知：论，400 nm 对应的能量子 J4.971019J7

10、00 nm 对应的能量子 J2.841019J。c h 6.6310 34 c h 6.6310 34 3.0108 4001093.0108 700109在教师的引导下学注重学生的讨论过程，淡化【例 3】人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为 530 nm 的绿光时，只要每秒有 6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察 觉，普朗克常量为 6.6310 34 Js，光速为 3.0108 m /s，则人眼能察 觉到绿光时所接收到的最小功率是 ( )生分析。探究的结果，给学生成A2.31018W B3.81019W功的C7.01010W D1.21018W喜答案:A解析：根据 h 和 c 及 E

11、Ptn每秒有 n=6 个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到 最小功率为悦。强化所学Pnhct66.6310 -3431053010-918W 2.31018W。知识的应探究三：对能级的理解：用。(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在 不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量 子化的能量值叫作能级。(2)原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态 ,这些状态的原子 是不稳定的 ,会自发地向能量较低的能级跃迁，同时放出光子 ,能量减 少。(3)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一能级“飞跃”到 另一能级，而不可能停留在不符合这些能级的任何一个中间状态。【

12、例 4】(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说 法正确的是 ( )A以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收B辐射和吸收的能量是某一最小能量值的整数倍C吸收的能量可以是连续的D辐射和吸收的能量是量子化的答案：ABD学生思考讨论并在教师的引导下回答学生练习解析：根据能量子假设可知，带电微粒辐射和吸收的能量，只能 是某一最小能量值的整数倍，A、B 正确；带电微粒辐射和吸收的能 量不是连续的，而是量子化的，故 C 错误，D 正确。【例 5】一个氢原子从低能级跃迁到高能级,该氢原子( )A.吸收光子,吸收光子的能量等于两能级之差B.吸收光子,能量减少C.放出光子,能量增加D.放出光子,

13、能量减少答案：A解析：氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于两能级之差,A 正确,B、C、D 错误。梳理自己根据学生课本节表堂所学述，小知查漏结识。补缺，板书设计13.5能量量子化一、热辐射1热辐射的概念：2热辐射规律：3黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。4黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。 二、能量子1定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的整数倍。这个不可再分的 最小能量值 叫做能量子。2能量子的大小：h，3普朗克认为微观粒子的能量是量子化的，是不连续(分立)的。4爱因斯坦的光子说：三、能级1定义：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。 2原子的稳定性：3能级跃迁规律：4原子的发射光谱的特征：教学反思