資源簡介

13.5 能量量子化----大單元分課時教學設(shè)計
課 題 人教版高中物理·必修·第三冊 第十三章第5節(jié) 能量量子化
課 型 新授課 復習課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級 授課時間
教學內(nèi)容分析 課標要求： 3.3.6知道光是一種電磁波。知道光的能量是不連續(xù)的。初步了解微觀世界的量子化特征。 教材分析：本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修3第13章第5節(jié)的內(nèi)容, 本節(jié)主要是由熱輻射、能量子、能級三部分組成的，重點難點是如何讓學生理解能量量子化假說。教材簡單敘述了在研究不同溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系時．經(jīng)典理論結(jié)果與實驗事實之間產(chǎn)生的了矛盾，為了解決此矛盾，德國物理學家普朗克認為黑體輻射的能量是不連續(xù)的，是能量子的整數(shù)倍關(guān)系，提出了能量量子化的觀點。
學情分析 知識儲備：學生字上一節(jié)書中了解電磁波本身是一種特殊物質(zhì).電磁波能傳遞能量和信息、了解電磁波波長、頻率和波速的關(guān)系。 能力基礎(chǔ)：對于生來說，相關(guān)生活經(jīng)驗少，理解起來有一定困難。 思維能力：能量量子化假設(shè)與我們宏觀世界的生活經(jīng)驗以及當時已經(jīng)成熟的經(jīng)典電磁理論都是格格不入的、其概念的沖突是顛覆性的。
核心素養(yǎng) 物理觀念：體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。 科學思維：了解能量子的概念及提出的科學過程，領(lǐng)會這一科學突破過程中科學家的思想。 科學探究：通過了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。 科學態(tài)度與責任：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。
教學準備 多媒體課件
活動設(shè)計
教學內(nèi)容 教師活動 學生活動 評價任務
環(huán)節(jié)一：導入新課 活動一：展示學習目標
( 1)了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡(luò)，感悟以實驗為基礎(chǔ)的科學探究方法。 ( 2)了解能量子的概念及其提出的過程，領(lǐng)會這一科學概念的創(chuàng)新性突破中蘊含的偉大科學思想。 ( 3）了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。 讓學生明確學習目標，做到有的放矢； 課后根據(jù)目標，學生自我評價得失情況。
活動二：問題導入
把鐵塊投進火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會有這樣的變化呢？ 1、PPT展示問題，引導學生進入課題。 2、板書：§13.5能量量子化 思考問題并帶著問題進入課堂。 1、評價學生是否有對新課題的求知欲望。
環(huán)節(jié)二：新課教學 活動一： 熱輻射
1. 熱輻射現(xiàn)象 思考討論:把鐵塊投進火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會有這樣的變化呢？ 出示圖片：鐵塊投進火爐 參考答案：剛開始時，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。隨著溫度的升高，熱輻射中波長較短的成分越來越強引起人的視覺。所以鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。 出示圖片：鐵塊從發(fā)熱到發(fā)光的顏色變化 （1）定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。 （2）熱輻射的特點：所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。 室溫時，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當溫度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。 大量實驗結(jié)果表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。 （3）無論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強，在一定溫度下，不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。 除了熱輻射外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。 2.黑體 （1）定義：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。 黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波。 黑體輻射的特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。 （3）黑體輻射的實驗規(guī)律 隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。 一般物體的熱輻射除了與物體的溫度有關(guān)外，還與材料的種類、表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)；而且黑體材料在加熱到同樣溫度時，發(fā)出的熱輻射比其他物體強，因此黑體是用來建立熱輻射定律的理想輻射體。為了理論研究的需要，基爾霍夫提出了絕對黑體的理想模型，從而促進了黑體輻射研究。在生活中煙煤是很接近理想黑體的材料。 注意：黑體是個理想化的模型，黑體看上去不一定是黑色的； 引導學生思考討論 讓學生閱讀課文了解熱輻射 引導學生觀察圖片了解黑體輻射 展示表格讓學生了解一般物體的熱輻射和黑體輻射的特點 學生思考討論 閱讀課文了解熱輻射的概念以及其特點 觀察圖片了解黑體輻射的實驗規(guī)律 觀察表格了解一般物體的熱輻射和黑體輻射的特點 評價學生能否初步認識溫度與電磁波波長的關(guān)系 評價學生是否理解輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同 評價學生的觀察總結(jié)能力 平靜而學生是否進一步了解黑體輻射特點
活動二：能量子
思考討論：閱讀課文說一說你們心中的連續(xù)性和量子化有什么區(qū)別？ 參考答案:比如一個箱子裝滿了蘋果，如果我們用蘋果的密度乘以箱子的體積（用連續(xù)性的觀點處理），其重量會大于實際重量，我們只有把蘋果想成量子化的，才能與實際吻合。人就是量子化的，不能說某個家庭有2.2個小孩，因為一個小孩就是一個基本單位。 在研究黑體輻射規(guī)律時，人們發(fā)現(xiàn)用經(jīng)典的電磁理論解釋黑體輻射的實驗規(guī)律時遇到了嚴重的困難。為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克進行了多種嘗試，進行了激烈的思想斗爭。最后他不得不承認：微觀世界的某些規(guī)律在我們宏觀世界看來可能非常奇怪。 1.普朗克能量子假說 振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε 的整數(shù)倍。例如，可能是 ε 或 2ε、3ε……這個不可再分的最小能量值 ε叫作能量子。 2.能量子公式 ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s.(一般取h＝6.63×10－34 J·s) 3.能量的量子化 在微觀世界中能量是量子化的，或者說是微觀粒子的能量是分立的，這種現(xiàn)象叫能量的量子化。 4. 普朗克假設(shè)的意義 ①借助于能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好。 ②能量子的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有很大不同。 一個宏觀的單擺，小球在擺動的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量不斷減小，能量的變化是連續(xù)的。 出示動圖：單擺 普朗克的假設(shè)則認為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學思想的基石之一。 5.愛因斯坦光子說 他把能量子假設(shè)進行了推廣，認為電磁場本身就是不連續(xù)的。也就是說光不是連續(xù)的而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量跟它的頻率成正比。 頻率為ν的光的能量子為：E= hν，h 為普朗克常量。 引導學生思考討論：閱讀課文說一說你們心中的連續(xù)性和量子化有什么區(qū)別？ 讓學生閱讀課文說出普朗克能量子假說以及能量子公式 讓學生閱讀課文說出愛因斯坦光子說 學生思考討論回答 閱讀課文，說出普朗克能量子假說以及能量子公式 閱讀課文說出 愛因斯坦光子說 評價學生的討論情況和回答情況 評價學生的理解能力和自主學習能力 評價學生的總結(jié)能力和自主學習能力
活動三：能級
1.原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級。 能量最低的狀態(tài)(離核最近)叫基態(tài)，其他的能量狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。 2.原子分立譜線 （1）原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。如圖：hν= E4 – E1 。 （2）當電子吸收光子時會從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子的能量同樣由頻率條件決定。 如圖：hν= E2 – E5 。 3.原子的發(fā)射光譜 思考討論：為什么原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線？ 原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線 出示圖片：氦原子光譜 19 世紀末和 20 世紀初，物理學研究深入到微觀世界，20 世紀 20年代，量子力學建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。核能的利用，計算機和智能手機的制造，激光技術(shù)等的應用都離不開量子力學。是量子力學引領(lǐng)我們邁入了現(xiàn)代社會，讓我們享受到豐富多彩的現(xiàn)代生活。 科學漫步 “聆聽”宇宙 1.閱讀科學漫步 “聆聽”宇宙，了解我國于 2016 年 9 月 25 日在貴州落成啟用被譽為“中國天眼” 的世界最大的 500 m 口徑球面射電望遠鏡（簡稱 FAST）。 2. FAST工程是我國科學工作者奮發(fā)圖強、立志創(chuàng)新的具體實踐，其中被人們譽為“天眼之父”的南仁東則是這個群體的杰出代表。 出示圖片：南仁東 讓學生觀看圖片 讓學生思考討論回答 讓學生閱讀相應課文，拓展學生的知識面 觀看圖片理解能級的概念 學生思考討論回答 閱讀課文科學漫步 “聆聽”宇宙 評價學生是否進一步理解能級的概念 評價學生的語言表達能力以及合作交流能力 評價學生的閱讀情況
活動四：電磁波的能量、電磁波通信
環(huán)節(jié)三：例題講解
1._________提出量子假說，認為物質(zhì)輻射或吸收能量是一份一份不連續(xù)的，每一份能量ε=______；_____________在量子假說的基礎(chǔ)上提出光子說。 答案：普朗克；hν；愛因斯坦 2.能量的量子化在微觀世界中微觀粒子的能量是_________的，或者說微觀粒子的能量是_________的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化。 答案：量子化；分立 3.能量子大小ε=hν，其中ν是電滋波的頻率，h稱為——————常量。一般取h= —————————J s。 答案：普朗克； 6.63×10-34 4.普朗克認為，帶電微粒輻射或者吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的——————。即：能的輻射或者吸收只能是——————的。這個不可再分的最小能量值ε叫做——————。 答案：整數(shù)倍；一份一份；能量子 1、多媒體展示例題。 2、讓學生討論后分小組發(fā)言。 3、教師評價同學的回答和講解例題。 學生分組討論發(fā)言。 1、評價學生完成的例題情況。 2、評價學生聽老師講解例題的情況。 3、評價學生自主學習能力和語言表達能力。
環(huán)節(jié)四：課堂小結(jié)
學到了什么？ 1、引導學生小結(jié)，根據(jù)學生表述，查漏補缺，并有針對性地進行講解補充。 小組討論，發(fā)言總結(jié)本節(jié)課得失 1、評價學生的討論情況和發(fā)言情況。2、評價學生對本節(jié)課的掌握情況
環(huán)節(jié)五：作業(yè)設(shè)計
教材 練習與應用 僅要求能口頭回答，不做書面回答要求 指導學生完成練習并檢查完成情況。 按要求完成練習。 評價學生能否口頭回答相關(guān)問題。
環(huán)節(jié)六：主板書設(shè)計
§13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用 一、熱輻射 1.熱輻射： 2.黑體： 二、能量子 1.振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε 的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值 ε叫作能量子。 2.能量子公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量，h＝6.626×10－34 J s.(一般取h＝6.63×10－34 J s) 3.能量的量子化：在微觀世界中能量是量子化的，或者說是微觀粒子的能量是分立的，這種現(xiàn)象叫能量的量子化。 三、能級 1.原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級。 2.原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。
教學反思

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