普朗克黑体辐射理论 高中物理选修教案教学设计 人教版

A．物体的带电荷量
B．物体的质量
C．物体的动量
D．学生的个数
答案：AD
7．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（ ）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
点出课题：我们这节课就来学习普朗克黑体辐射理论。 二、新课教学
（一）黑体与黑体辐射 1．热辐射现象 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分 子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征与温度有关。 例如：铁块 温度↑ 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。 2．黑体 教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物 体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。 概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称 黑体。 不透明的材料制成带小孔的空腔，可近似看作黑体。如图所示。
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥 秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【教学重点】
能量子的概念。
【教学难点】
黑体辐射的实验规律。
【教学过程】
一、复习提问、新课导入 教师：介绍能量量子化发现的背景： 19 世纪末页，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
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答案：A 4．小灯泡的功率 P＝1W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长 λ＝10-6m， 求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？（h＝6.63×10-34J·s） 答案：5×1018 个 5．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律 的是（ ）
答案：A
6．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
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 Maxwell 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。
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。”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一 做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！
教师注意强调： （1）黑体是个理想化的模型。 （2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。 3．黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作 黑体辐射。 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 （二）黑体辐射的实验规律
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展示测量黑体辐射的实验原理图 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是 黑体辐射。
1．辐射强度按波长分布与温度的关系
特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②辐射强度的最大值向短波方向移动。 教师提出问题，设置疑问：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？ 在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物 理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度 按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不 符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外 灾难”。 2．经典物理学所遇到的困难 （1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符 合。 （2）瑞利-金斯公式：长波符合，短波荒唐。 3．超越牛顿的发现 1900 年 10 月 19 日，普朗克在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式。普朗克公
但开尔文毕竟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。”这两朵乌云是指
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什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。 然而，事隔不到一年（1900 年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着
（1905 年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发 展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。
【练习巩固】
1．下列叙述正确的是（ ） A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 答案：ACD 2．关于对黑体的认识，下列说法正确的是（ ） A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表 面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状 况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多 次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 答案：C 3．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（ ） A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光
答案：ACD
8．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特
性，就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图
象，则下列说法正确的是（ ）
A．T1>T2 B．T1<T2 C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移 动
答案：A
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普朗克黑体辐射理论
【教学目标】
一、知识与技能 1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。 2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。 3．了解能量子的概念。
二、过程与方法 了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会
量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。 三、情感、态度与价值观
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式与实验结果Baidu Nhomakorabea常吻合。
（三）能量子 普朗克最终在 1900 年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的整数倍。例如，可能是 ε 或 2ε、 3ε……他把这个不可再分的最小能量值 ε 叫作能量子，它的表达式为：ε＝hν。 这里的 ν 是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h 是 一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为 h＝6.62607015×10-34J·s。