4.1 普朗克黑体辐射理论 教学设计（表格式）

教学设计 课程基本信息 课题 普朗克黑体辐射理论 教学目标 1. 知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释；2. 了解能量子假说，领会科学解释中的科学假设方法；3. 了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。 教学内容 教学重点：1.能量子的概念；2.通过对不同温度下黑体辐射强度与波长关系的实验图像的分析，让学生感悟以实验为基础的科学探究方法。教学难点：1.黑体辐射的实验规律； 2.如何让学生认识能量量子化假说。 教学过程 一、引入新课教师：量子论的建立是20世纪物理学的最大成就之一，量子论解释了原子、分子等微观粒子遵循的规律，这些规律和牛顿力学等宏观、低速情况下的物理规律有很大不同。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？今天这节课我们就来一起学习“普朗克黑体辐射理论”。。二、新课教学1．黑体与黑体辐射教师：请大家先回忆一下我们在以前学习过的：什么是热辐射？物体的热辐射有什么特性？（请学生回答）教师：我们周围的一切物体都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关，因此称为热辐射。 例如：新冠肺炎肆虐期间，我们每天进行体温检测使用的医疗测温枪，使用时，只要把枪口对准待测物体，枪尾的显示屏上就有数字直接显示那个物体的温度。你知道其中的道理吗？根据热辐射规律可知，人的体温的高低直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况，就知道这个人的体温。　　先请大家阅读教材P67页，第一小节“黑体与黑体辐射”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。（板书）某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。教师：课件展示黑体模型（如图）并进行阐释。不透明的材料制成带小孔的空腔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个小孔可近似看作黑体。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，叫做黑体辐射。19世纪，由于冶金、星体测温等需求，人们对热辐射进行了大量的研究。当时物理学家们已经有能力对热辐射的强度随波长的分布进行比较准确的测量。教师：一般材料的物体和黑体辐射电磁波的情况有什么不同呢？学生：一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关，还与材料的种类和表面状况有关，而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。　　2．黑体辐射的实验规律教师：研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础，请大家阅读教材P68页，第二小节“黑体辐射的实验规律”。稍后，课件展示（如下图）并讲解黑体辐射的实验规律。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。这些规律与我们的日常经验是一直的。 　　课件展示：铁块在温度升高时颜色的变化（下图）。例如：在给铁块加热的过程，随着温度的升高，铁块从发热到发光，颜色从暗淡的红色到明亮的黄色。温度不同，颜色就不同；颜色的不同就代表辐射电磁波的波长不同。这表明温度身高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。教师：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？人们很自然地要依据热学和电磁学的知识来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别在1896年1900年提出了辐射强度按波长分布的理论公式。　　课件展示：两种理论公式描绘的电磁波辐射强度按波长分布情况变化与实验规律的区别（见下图），并引导学生了解图中的信息。维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离较大。瑞利-金斯公式：在 ... ...