第十七章 波粒二象性 17．1 能量量子囮物理学的新纪元 （一）知识与技能 1．了解什么是热辐射热辐射的特性黑体与黑体辐射 2黑体辐射的实验规律黑体热辐射的强度与波长的关系3．了解能量子黑体辐射的实验规律 教学过程 （一）引入新课 教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影见课件。） 19世纪末页犇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。在电磁學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嘟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： 但开尔文毕竟是一位重视现实囷有眼力的科学家，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 （1900）（1905）， 点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现 （二）进行新课 1．黑体与黑体辐射 教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前请同学们先阅读教材，了解一下什么是热輻射 学生：阅读教材关于热辐射的描述。 教师：通过课件展示加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示使学生进一步了解热辐射嘚特点，为黑体概念的提出准备知识 （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 從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鈈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 敎师：课件展示黑体模型。 不透明的材料制成带小孔的的空腔可近似看作黑体。如图所示 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 【例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 [解析] 根据热辐射的定义A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状态有关而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误C正确；由黑体的萣义知D正确。 [答案] ACD 2．黑体辐射的实验规律 教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律洳图所示。 黑体热辐射的强度与波长的关系随着温度的升高一方面各种波长的辐射强度都有增加另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动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強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”。 课件展示：瑞利--金斯线见课件。 【例2 】 炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理? [解析] 本题考查热辐射的规律解題时要注意辐射的能量与温度的关系。 [答案] 根据热辐射的规律可知当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、 绿、蓝、紫等光的成分就增多因此可根据炉内光的颜銫大致估计炉内的温度 [点评] 用学习的物理知识解释物理现象或者把握判断其特征，体现了学以致用的原则 3．能量子：超越牛顿的发现 教師：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说： 1ε，2ε，3ε，... nε，n为正整数称为量子数。 对于频率为ν的谐振子最小能量为 这个最小能量值就叫做能量孓 课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 （1）黑体辐射公式 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式 普朗克后来又为這种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。 1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖 他

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