4.1普朗克黑體輻射理論教學設計

課題普朗克黑體輻射理論單元4學科物理年級選修3

物理觀念：知道黑體輻射、能量子的概念

科學思維：掌握黑體輻射的規律，提高分析問題、解決問題的能力。

科學探究：通過對黑體輻射的規律的探究，揭示實驗規律，學會與他人合作交流，培養

學習

目標探究意識，提高實驗能力。

科學態度與責任：學會解釋黑體輻射的規律，實事求是，理解能量子、光子，培養探索

科學的興趣。

重點掌握黑體輻射的規律，理解能量子的概念，提高分析問題、解決問題的能力。

難點掌握黑體輻射的規律，理解能量子的概念，提高分析問題、解決問題的能力。

教學過程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

導入新課一座建設中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內已

經粉刷，如果從遠處看窗內，你會發現什么？為什

么？觀察對面結合生活中

教室的窗戶，常見的現象，引

描述所觀察到出較為抽象的新

的現象。知識。

向遠處觀察打開的窗子近似黑色。

講授新課一、黑體與黑體輻射

理解黑體在介紹黑體

物體表面能夠吸收和反射外界射來的電磁波。的概念。過程中應強調黑

如果一個物體在任何溫度下，對任何波長的電體的理想化特

磁波都完全吸收，而不反射，則稱這種物體為黑體。點。讓學生明白

黑體是一個理想

化模型。

加熱空腔使其溫度升高，從小孔向外的輻射就

是黑體輻射。

二、黑體輻射的實驗規律

輻射強度：單位時間內從物體單位面積上所發

射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。

觀察輻射

強度和輻射波讓血神自己

波長之間的關總結規律，發現

系圖，并總結知識點，提高學

其特點。生學習的獨立性

和自主性。

特點：隨溫度的升高

①各種波長的輻射強度都在增加；

②絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值

向短波方向移動。

一般物體與黑體的比較

現實生活中不存在理想的黑體,實際的物體都

能輻射紅外線(電磁波),也都能吸收和反射紅外線

(電磁波),絕對黑體不存在,是理想化的模型。

課堂練習1、正誤判斷完成課堂

(1)黑體一定是黑色的物體。()練習。

(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體

叫黑體。()

(3)溫度越高,黑體輻射電磁波的強度越大。

()

(4)黑體是一種客觀存在的物質。()

(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數倍。

()

(6)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁

波的頻率成正比。()

(7)能量子是可以再分的。()

(8)光滑水平桌面上勻速運動的小球的動能也

是量子化的。()

答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√

(6)√(7)×(8)×

經典物理學所遇到的困難

解釋實驗曲線——一朵令人不安的烏云

閱讀材

料，了解經典

（1）維恩的半經驗公式：

力學的局限

短波符合，長波不符合。

性。

（2）瑞利—金斯公式：

長波符合，短波荒唐。

——紫外災難

19世紀末，牛頓定律在各個領域里都取得了很

大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方

面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。

在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現

象的Maxwell方程。

另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的

規律---能量轉化與守恒定律。

當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利

了解科學幫助學生養

之中。他們認為物理學已經發展到頭了。

前輩為科學的成實事求是的科

1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，物

發展做出不懈學精神和堅持不

理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發言:

努力。懈的科學態度。

“科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家

只要做一些零碎的修補工作就行了。”

但開爾文畢竟是一位重視現實和有眼力的科

學家，就在上面提到的文章中他還講到：

“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵

令人不安的烏云，……”

三、能量子：超越牛頓的發現

普朗克能量子假設

1.輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，

它們的能量是某一最小能量的整數倍：E＝nε，

n＝1，2，…；理解能量

2.ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數，它子的概念。

只取正整數——能量量子化；通過圖片展

3.黑體中振動的分子、原子可看作諧振子（振示微觀世界中能

動的微粒），諧振子只能一份一份按不連續方式輻量是分立值的特

射或吸收能量；點。

4.對于頻率為ν的諧振子（其輻射的電磁波

頻率也為ν），最小能量為：ε＝hν。

h＝6.626×10－34J·s——普朗克常量

普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射

Planck拋棄了經典物理中的能量可連續變

化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀

點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份閱讀材

一份地按不連續的方式進行的新觀點。這不僅成功料，了解科學

地解決了熱輻射中的難題，而且開創物理學研究新家的歷史。

局面，標志著人類對自然規律的認識已經從宏觀領

域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。

1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。

死后他的墓碑上只刻著他的姓名和h＝6.626

×10－34J·s。

年輕的愛因斯坦認識到了普朗克能量子假設

的意義，他把能量子假設進行了推廣，認為電磁場

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v的光的能

量子為hv，h為普朗克常量。這些能量子后來被

叫作光子(photon)。

課堂練習2、(多選)以下宏觀概念中,哪些是完成課堂

“量子化”的()練習。

A.物體的帶電荷量

B.物體的質量

C.物體的動量

D.學生的個數

解析：“量子化”是不連續的,是一份一份的,

故選AD。

答案：AD

拓展提高1、(多選)在實驗室或工廠的高溫爐子上開一

小孔,小孔可看作黑體,由小孔的熱輻射特性,就可

以確定爐內的溫度。如圖所示就是黑體的輻射強度

與其輻射光波長的關系圖像,則下列說法正確的是

()完成拓展鞏固本節課

A.T1>T2提高。基礎知識，并熟

B.T1<T2練應用。

C.隨著溫度的升高,黑體的輻射強度都有所降

低

D.隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長

較短方向移動

解析：一般材料的物體輻射能量的多少決定于

物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和發

射的面積,而黑體是指在任何溫度下,能夠完全吸

收入射的各種波長的電磁波而不反射的物體,黑體

輻射的強度按波長的分布只與溫度有關。實驗表

明,隨著溫度的升高,各種波長的輻射強度都有所

增加,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。

從題圖中可以看出,λ1<λ2,T1>T2,本題正確選項

為A、D。

答案：AD

規律方法：

1.理解和熟記輻射強度隨波長的變化關系圖

像是解答此類問題的關鍵。

2.黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有

關,與材料的種類和表面狀況無關。

2、下列敘述錯誤的是()

A.一切物體都在輻射電磁波

B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關

C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與

黑體溫度有關

D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁

波

解析：根據熱輻射定義可知,A對;根據熱輻射

和黑體輻射的特點可知,一般物體輻射電磁波的情

況除與溫度有關外,還與材料種類和表面狀況有

關,而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑

體溫度有關,B錯,C對;根據黑體定義知D對。本題

應選B項。

答案：B

3、(多選)根據黑體輻射的實驗規律,以下判斷

正確的是()

A.在同一溫度下,波長越短的電磁波輻射強度

越大

B.在同一溫度下,輻射強度最大的電磁波的波

長不是最大的,也不是最小的,而是處在最大與最

小波長之間

C.溫度越高,輻射強度的極大值就越大

D.溫度越高,輻射強度最大的電磁波的波