人教版必修第三冊 第十三章 第5節《能量量子化》《能量量子化》教學設計高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節一、教學指導思想本節課著力于培養學生的核心素養，因此在設計這節課的教學設計從以下幾個方面著手：“以創設物理情境為切入點，以能量子概念的三個諾貝爾物理學獎為主線，以實驗和實際觀察為基礎，以多學科轉換為手段，以培養學生科學思維能力為核心，以提升學生科學探究為重點，以能量子概念的建立為目標”形成電磁波、能量子、能級等物理觀念；探究熱輻射的原理以及為了解釋熱輻射現像的科學思維；對相關問題進行現象分析、科學推理、實驗驗證，理論計算、形成結論的過程中豐富學生的理論思維和科學精神。從實驗到理論，并且從理論到實驗形成閉環，培養了學生的學習興趣，提高學生的思維能力。二、教學內容分析【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的。初步了解微觀世界的量子化特征。【單元視角】前面幾節的學習，學生初步建立了電磁波的概念，對電磁波有了一些認識。本節內容是這一章內容的深化和提升，揭示了電磁波的本質和微觀世界能量的特征，同時也為以后原子與原子核的學習打下基礎。【教材分析】《能量量子化》是必修第三冊模塊中“電磁感應與電磁波初步”主題下的內容。本節通過真實物理實驗，引導學生了解熱輻射以及黑體輻射，從而進入能量量子化的學習。在通過介紹普朗克得到能量子概念的物理學史知識后，注重引導學生了解其他物理學家對能量子概念的拓展與應用，并能運用這些知識分析實際生活中的現象。本節有大量的物理學史內容，在講解的同時也提升了人文教育素養。【素養載體】2頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節通過熱輻射現象引入能量子概念的過程，有助于幫助學生物理觀念的形成；基于普朗克分析黑體輻射實驗，進行推理論證等方法有利培養學生科學思維；對維恩和瑞麗公式提出質疑和檢驗修正，有助于形成創造性見解的能力與品格；動手探究燈泡照射時溫度的變化實驗能很好的提升學生科學探究的能力，能充分的激發學生思維能力和勇于探究的科學精神。【落地關鍵】如何把現象簡化成物理模型，通過分析物理模型引入方法，把深奧的原理還原用實驗進行呈現，是課堂中落實素養關鍵點。三、學生情況分析【學習起點】知識儲備：學生在前幾節已經學習了電磁場和電磁波相關知識；了解了電磁波的大致分類，為能量量子化提供了基礎。技能儲備：前面的學習已具備了較為熟練的實驗操作技能。【進階重點】學生學習了前面幾節的內容，知道了光是一種電磁波，但電磁波的實質是什么還不清楚，因此這節課在設計的時候從熱輻射的電磁波出發，進而引入這節課的主題。同時教師要培養學生的科學思維，包括模型建構過程，科學推理和科學論證，質疑創新等要素。引入了計算機編程進行多學科分析。本節課的開始從實驗到理論，最后從理論到實驗，這樣相互檢驗過程是本節學習進階的關鍵點。四、教學目標【物理觀念】（1）知道能量子概念，了解能級。（2）掌握能量子的計算。（3）掌握玻爾的原子假說。【科學思維】3頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節通過小組實驗、教師演示等方式，幫助學生建立物理模型，并對物理模型進行分析綜合、推理論證。【科學探究】在學生學習了能量子之后，通過實驗提出物理問題。基于理論作出分析，從而服務于實驗。【科學態度與責任】對待科學嚴謹認真，實事求是和持之以恒。發展對科學的好奇心與求知欲，體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。五、教學重難點【教學重點】熱輻射、能量子。通過演示實驗和學生動手做實驗突破重點。【教學難點】黑體輻射的實驗規律。通過分析科學家對實驗的解釋突破這一難點。六、教學方法【教學方法】情境導入法實驗探究法討論法演示法【學生學法】實驗探究法合作交流法觀察學習法七、課時安排：1課時八、教學資源【學生小組實驗資源】分組實驗：燈泡8個、鐵架臺8個、白色密封紙袋8個，黑色密封紙袋8個、溫度計8個。【教師演示實驗資源】燈泡1個、鐵架臺1個，白色密封紙袋1個、黑色密封紙袋1個、溫度計1個、高溫熱源1個、鐵塊一個、三棱鏡1個、直筒式分光鏡1個、高壓線圈1個、光譜管組1個、分光計1個4頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節九、教學整體活動思路十、教學過程設計教學情境問題引領教師活動學生活動設計目標流設置意圖評估程活【引入】：1.聯系動回憶上怎樣證明電師：同學們好，在上生：電磁波的頻了之前一節課所磁波是具有這節課之前先請同率范圍很廣，無學過的學電磁能量的？學們回憶上節課學線電波，光波等電磁波分波知識習了電磁波的哪些都是電磁波組知識？2.引入實還學習了電磁波新課內驗是具有能量的容5頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節引展示實驗器材每個小組先分別引起學入讓學生分為四個人用測溫計測量擺生學習新一組，進行分組實驗放在面前的黑白的興趣，課兩個紙袋溫度。引出本然后打開燈泡照節課題巡視并觀察學生實射紙袋，接著測能量量驗量照射一分鐘、子化兩分鐘、三分鐘黑白兩個紙袋里面的溫度。【分組實驗探究】活引導探究一：建構電動利用紙問：紙袋的燈泡輻射電磁波的生：紙袋在燈泡磁波是1.知道二袋的溫在燈泡打開能量被紙袋吸收，導打開時溫度比關具有能電磁波度變化和關閉時，致溫度升高，建構電閉時溫度高量的輻射觀追和黑白溫度有什么磁波是具有能量的。念。根兩個紙變化？生：黑色紙袋的溯袋的溫問：黑白兩引導探究二：溫度比白色紙袋建構黑源度對比，個紙袋的溫黑色紙袋吸收的電的溫度高色紙袋建構電度對比有什磁波更多，建構黑色吸收的2.培養回磁波相么特征？紙袋吸收的能量更能量更對比思顧關概念師：為什多，但也沒有完全吸多，但也維方19么？收。沒有完法。00全吸收，6頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節師：1900年，在英并體現3.知道國皇家學會的新年對比思并了解慶祝會上，著名物理想能量子學家開爾文作了展提出的望新世紀的發言：大環境“科學的大廈已經了解這基本完成，后輩的物節課的感受物理學家只要做一些物理學理學的零碎的修補工作就歷史，為發展歷行了。但是，在物理接下來史學晴朗天空的遠處，的學習還有兩朵令人不安做好鋪的烏云……”墊請學生引導探究三：鐵塊的【學生實驗探究】學生：鐵1.直觀上來演顏色在逐漸變化塊會慢體驗熱示加熱慢變紅，輻射鐵塊實問：鐵塊的師：觀察并指導學生開始發活驗，觀察顏色有什么實驗光。鐵塊動鐵塊顏變化生：觀察實驗現依次呈三色變化。象現暗紅、赤紅、橘紅等顏7頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節直問：為什么師：在可見光范圍接會有這樣的內，每一種顏色的光觀變化呢？對應的波長都不一察樣，鐵塊隨著溫度升高，發出光的顏色不親同，說明鐵塊所輻射身的電磁波波長也不體同，并且靠近鐵塊會驗有感到熱量生：認真觀察，進一步的感受顏引導學生總結實驗色的變化和鐵塊活結果，得出熱輻射概溫度升高周圍的動念熱量三一、熱輻射：（1）定義：我們周直圍的一切物體都在生：聯系這一章接輻射電磁波，這種輻學習過的電磁波觀射與物體的溫度有知識，思考討論察關，所以叫作熱輻射。親（2）熱輻射的特點：身所輻射電磁波的特體征與溫度有關。驗室溫時，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

色，直至2.了成為黃解輻射白色。強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同3.建構熱輻射概念了解輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同8頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。大量實驗結果表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。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光物體的顏色就是反射光所致。活從外面要研究引導探究四：熱輻射生：在里面比從用現實1.建動和在里熱輻射與物與物體溫度的關系外面觀察的亮度世界的立科四面觀察體溫度的關更亮實例，學思蓋好的系，就必須帶給學維：黑理大樓，現排除其他因生直觀體模想象不同。素的影響。的感受型的模但是，一個建構型物體除了熱輻射外，物深體表面還會入反射外界射思來的電磁2.建考波。如何消黑體構黑（1）定義：能夠完9頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節除反射的電全吸收入射的各種體模活磁波？波長的電磁波而不型動發生反射，這種物體四師：從內外就叫作黑體。觀察蓋好的黑體雖然不反射電理大樓的亮度磁波，但是卻可以向想通過電問：從外面外輻射電磁波。模源、單砸看大樓里面（2）黑體輻射的實型直導線、和從里面觀驗原理圖小磁針、察亮度一樣深鐵屑等嗎？（3）黑體輻射的實入實驗器驗規律思材，創設考探究探究直線電流、環形電流垂直平面磁場分布的實驗情問：黑體是聯系桌子上的黑色生：黑體不是黑知道黑境。黑色的物體紙袋色的物體，因為體不是嗎？黑色紙袋也沒有黑色的完全吸收電磁波物體10頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節介紹普經典物理學所遇到讓學生1.深朗克解的困難──解釋實體會到化科活釋黑體問：黑體輻驗曲線普朗克學探動輻射實射有哪些規1.德國物理學家維恩維恩：短波區域是怎么究：五驗理論律呢？在1896年提出了輻符合，長波不符引入能普朗背景。射強度按波長分布合量子觀克通歸的理論公式念過猜納c1ec2想，證T分5明，得析出能量子提概念。出2.培理2.英國物理學家瑞麗養學論在1900年提出了輻生的射強度按波長分布瑞麗：長波區域了解科嚴謹的理論公式符合，短波不符學的發的學(,T)d82kTd合展過程習態c3度和科學的認知思維。普朗克在1900年提3.建出全波段的電磁譜普朗克能量子概構普公式念朗克8h31能量hc3子概ekT1念h6.6261034Js11頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節活提問：現1900年底，普朗克1.了動實生活作出了這樣的大膽解連六中有哪假設：振動著的帶電續性些連續微粒的能量只能是與量性與量某一最小能量值ε的子化子化。以整數倍。例如，可能合此創設是ε或2ε、3ε……理六層認這個不可再分的最外知沖突小能量值ε叫作能量推建構子，它的大小為ε=hv從宏到微問：同學們【思考討論】進一步知道現實生聯系實際說說你心電影是連續畫內化加活中有哪些中的連續性與量子面，組成電影的深學生連續性與量化有什么區別？是一幀一幀圖片對連續子化嗎？性與量子化的理解12頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節計算機同學們在計課后自己編寫程多學2.感課上學算機課上學利用程序模擬：序模擬黑體輻射科，多受科習過的習的編程語實驗角度理學的Python言是說明？解魅力。程序模擬一個宏觀的單擺，小球在擺動的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量減小，能量的變化是連續的。出示動圖：單擺普朗克假設的意義：普朗克(1)普朗克的能量子能量子假設,使人類對微觀假設的世界的本質有了全意義新的認識,對現代物理學的發展產生了革命性的影響。成為物理學發展史上一個重大轉折點;(2)普朗克常量h是自然界最基本的常13頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節量之一,它體現了微愛因觀世界的基本特征;斯坦(3)不僅成功地解決的光了熱輻射中的難題，子說而且開創物理學研和玻究新局面，標志著人爾的類對自然規律的認三條識已經從從宏觀領假說，域進入微觀領域，為對能量子力學的誕生奠量子定了基礎。概念進行1905年，為了解釋拓展。光電效應現象，德國物理學家愛因斯坦把普朗克能量子的假設進行了推廣，他認為普朗克的觀點是不徹底的，僅僅認為電磁波在吸收和輻射時，才顯示出不連續性是不夠的，實際上電磁場本身就是不連續的。也就是說，光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量為hν，h為普朗14頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節克常量。這些能量子后來被叫作光子。愛因斯坦的光子說，成功的解釋光電效應現象。另一位把量子化假設向前推進的是丹麥物理學家玻爾。根據經典電磁理論，高速運動的電子，不斷向輻射電磁波，使得電子的能量越來越低，這個變化是連續的，也就是說，我們應該看到原子輻射的各種頻率（波長）的光，即原子的光譜應該總是連續的；演示分問：同學們而實際上看到的是光鏡觀觀察到什么分立的線狀譜。察氫原現象？子可見問：氣體原光的發子發光的顏射光譜色一樣嗎？15頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節1885年，巴耳末對當時已知的，在可見光區的4條譜線作了分析，發現這些譜線的波長可以用一個公式（巴耳末公式）表示：1 R(212 n12),n3,4,5...1.10107m1，叫做里德伯常量。為了解釋這個現象，丹麥物理學家玻爾提出：1：軌道量子化圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數值。2：能量量子化

請兩位同學上來感受實激發用分光鏡觀察實驗之美學習驗興趣，感受能觀察到分立的多姿亮線多彩的物理世界16頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫能級。3：頻率條件(躍遷假說)通常情況下，原子處于能量最低的狀態，這是最穩定的。處在較高的能級的原子是不穩定的，會自發地向低能級躍遷，放出光子。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，因此原子的發射光譜只有一些分立的亮線。玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，但解釋不了氦原子光譜要想解釋氦原子光引出量物理譜需要用到量子力子力學學的學中的電子云模型。概念發展17頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節是 在進 步和 前進的這節課學習這節課，我們通過三對這節課的學習了什么呢？段物理學史，了解了內容進行總結量子化概念建立發展的過程，為了解釋活黑體輻射的實驗規動總結這律，普朗克1900年七節課學提出了能量量子化習的內的概念，從此，物理總容學進入了一個新的結紀元。普朗克本人因提此獲得了1918年的升諾貝爾物理學獎。之后，愛因斯坦在此基升礎上進一步提出了華光量子的概念，成功所解釋了光電效應現學象獲得1921年的諾貝爾物理學獎。丹麥物理學家玻爾在把量子化的觀念應用18頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節活到原子系統，提出了動自己的能級假說，成七功地解釋了氫原子的分立光譜。獲得總1922年的諾貝爾物結理學獎。光量子和能提級的提出，深化了普升朗克能量量子化的假說。升華教材聯晴朗的夜空課后探討回歸教激發所系與應繁星閃爍，材課后學用有的恒星顏探究色偏紅，有的興的偏藍。你趣。能判斷出“紅星”和“藍星”哪個表面溫度更高嗎？十一、板書設計一、熱輻射黑體輻射二、能量子三、能級十二、作業設計19頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節題目序號0501完成時長1min題目類型選擇題填空題作圖題作圖題綜合題實踐題學習水平知道理解應用綜合題目來源引用改編自編1．關于黑體與黑體輻射，下列說法正確的是（）A．一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關，只與材料的種類及表面情況有關題目B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，所以看起來是黑色的C．隨著溫度的升高，黑體輻射電磁波的輻射強度將會增加D．黑體輻射隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動【答案】C【解析】A．一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，也與材料的種類及表面情況有關，A錯誤；答案B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，看不見的，B錯誤；C．隨著溫度的升高，黑體輻射電磁波的輻射強度將會增加，C正確；D．黑體輻射隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，D錯誤。故選C。題目序號0502完成時長1min題目類型選擇題填空題作圖題作圖題綜合題實踐題學習水平知道理解應用綜合題目來源引用改編自編2．黑體輻射的規律，下列結論正確的是（）題目A．隨著溫度的降低，各種波長的輻射強度都增大B．隨著溫度的降低，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C．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20頁共25頁高考資源網 人教版必修第三冊第十三章第5節D．黑體熱輻射的強度與波長無關【答案】C【解析】A．由圖像可知，隨著溫度的降低，各種波長的輻射強度都減小，A錯誤；答案 B．隨著溫度的降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動，B錯誤；CD．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，與其他因素無關，C正確，D錯誤。故選C。題目序號0503完成時長1min題目類型選擇題填空題作圖題作圖題綜合題實踐題學習水平知道理解應用綜合題目來源引用改編自編3．已知某單色光的波長為l，在真空中光速為c，普朗克常量為，則電磁波輻射的能量子e的值為（）題目B．lhC．hclA．hlcD．以上均不正確【答案】A答案 【解析】根據E=hv，又v=lc，所以E=hlc，故A正確，BCD錯誤．故選：A。題目序號0504完成時長2min題目類型選擇題填空題作圖題作圖題綜合題實踐題學習水平知道理解應用綜合題目來源引用改編自編4．以下關于光子說的基本內容，不正確的說法是（ ）A．光子的能量跟它的頻率有關題目 B．紫光光子的能量比紅光光子的能量大C．光子是具有質量、能量和體積的實物微粒D．在空間傳播的光是不連續的，而是一份一份的，每一份叫一21頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節個光子【答案】C【解析】根據E=hv判斷出光子的能量與光子的頻率因素有關，故A說法正確；根據E=hv判斷出光子的能量與光子的頻率因素有關，紫色光的頻率大于紅色光的頻率，所以紫光光子的能量比紅光光子答案的能量大，故B說法正確；光是在空間傳播的電磁波，是不連續的，是一份一份的能量，沒有靜止質量，也沒有具體的體積，故C說法錯誤；根據光子的定義：光是在空間傳播的電磁波，是不連續的，是一份一份的能量，每一份叫做一個光子，故D說法正確．所以選C．題目序號0505完成時長2min題目類型選擇題填空題作圖題作圖題綜合題實踐題學習水平知道理解應用綜合題目來源引用改編自編5．(多選)關于對能量子的認識，下列說法正確的是()A.振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值ε題目B.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數倍C.能量子與電磁波的頻率成正比D.這一假說與現實世界相矛盾，因而是錯誤的【答案】BC【解析】由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某答案AB一最小能量值的整數倍，錯誤，正確；由最小能量值E=hv知，C正確；能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不是與現實世界相矛盾，故D錯誤。題目序號0506完成時長5min題目類型選擇題填空題作圖題作圖題綜合題實踐題22頁共25頁高考資源網人教版必修第三冊第十三章第5節學習水平知道理解應用綜合題目來源引用改編自編6．太陽光垂直照射到地面上時，1m2地面接收太陽光的功率為1.4kW，其中可見光部分約占45%．（1）假如認為可見光的波長約為0.55μm，日地間距離題目R=1.5′1011m，普朗克常量h=6.63′1034J×s，估算太陽每秒輻射出的可見光光子為多少？（2）若已知地球的半徑r=6.4′106m，估算地球接收的太陽光的總功率．【答案】（1）4.9′1044個（2）1.8′1017W【解析】(1)設地面上垂直于陽光的1m2面積上每秒鐘接收的可見光光子數為n，則有P′45%′1s=n×hcl設想一個以太陽為球心、以日地間距離為半徑的大球面包圍著太陽，大球面接收的光子數即等于太陽輻射的全部光子數，則所求答案可見光光子數N=n×4πR2聯立得N=4.9′1044個．(2)地球背著太陽的半個球面沒有接收太陽光，地球向陽的半個球面面積也不都與太陽光垂直．接收太陽光輻射且與陽光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓平面的面積，則地球接收太陽光的總功率P，則有P地=Pgπr2=1.4′103′3.14′(6.4′106)2W=1.8′1017W．