选修3-5《1能量量子化》集体备课教案设计

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因此，本节课的教学内容有两点：一是黑体模型和黑体辐射规律，二是普朗克的能量子观点。而真正的教学重点却只有一个：能量的量子化观点，教材前半节内容涉及的黑体和黑体辐射只是提供了能量子观点提出的背景。 “量子化的、不连续的、分立的”能量观点同时也是学生学习和理解的难点。

课堂设计一：降低非重点部分的学习难度

尽管，黑体和黑体辐射规律不是本节教学的重点，但是对学生来讲仍然具有不少的难度。在这部分知识中集中了：热辐射、绝对黑体（黑体）、黑体辐射、黑体辐射规律等新名词、新概念和新规律，以及黑体辐射规律解释中涉及的瑞利-金斯公式和维恩公式。这些全新的东西一下子扑面而来，而且看起来都与以前的知识没有太多的联系，学生的困难就在这里。要降低这里的难度，就是要减小学生与这些全新东西的距离感，并且变琐碎的知识点为一个有内在联系的知识块。

【“热辐射”概念的引入】

实验一：用红外额温枪测量教室中某位学生的体温。

教师：这个测温枪没有接触我们的身体，却可以测量体温，可能用到了我们前面学习过的什么知识？学生：红外线。教师：什么样的物体能辐射红外线？学生：所有物体都在辐射红外线。教师：那么所有的物体只能辐射红外线吗？让我们来看看下一个实验。

实验二：将调光台灯打开，从全暗逐渐调高亮度，请学生尤其注意观察灯丝的变化。

当开关打开（可以听到开关声），灯丝还没有亮时，教师提问：此时灯丝有没有辐射红外线？学生：有，只是人眼看不到。继续调节，使灯丝发出较暗的光，教师提问：此时灯丝仍然只辐射红外线吗？学生：还有可见光。

教师和学生一起总结：随温度升高，物体还可以辐射可见光；并引导学生一起做出猜想：随着温度继续升高，物体甚至有可能辐射紫外线。

教师引入“热辐射”的概念：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关。并总结热辐射特点：低温物体辐射的以红外线为主，炽热物体能辐射可见光，高温物体甚至可以辐射紫外线。

实验三：借助摄像头演示火焰中灼烧的铁钉，随着加热过程的进行，随时提问铁钉的颜色变化，引导学生观察到铁钉依次呈现出暗红、红、橘红、黄色，甚至白色的变化。

实验四：调光台灯的再观察。在逐步调亮灯丝的过程中，让学生注意观察钨丝的颜色变化：偏红色、偏黄色、偏白色。

通过这实验三、四的观察，教师和学生一起总结：所有的热辐射都随着物体温度的升高，辐射的电磁波中的短波成分都会增加，即偏向紫光、紫外线一侧的电磁波成分会增加。

在本节课的引入中做了一些简单的小实验，这些小实验一方面是生活现象的再现和再发现，能引起学生的兴趣点，另一方面，这些实验的观察起点较低，可以让学生在学习中逐步进入状态，从而拉近学生与新知识间的距离感。

【“黑体”概念的理解】

教师：实际物体热辐射的电磁波分布主要受到以下因素的影响：温度、材料的种类、表面状况；而主要原因是：实际物体除了辐射电磁波，还会吸收和反射外界射来的电磁波。比如铁钉在没有加热前呈现的银白色就是反射了周围的光。要研究物体热辐射分布与温度的一般规律，就要剔除材料的种类及表面状况这些因素的影响，从而避开物体对外来电磁波的反射。

教师引导学生回忆比较质点、自由落体理想模型的特点：忽略次要因素、只研究主要因素，从而引入绝对黑体模型：只吸收电磁波而不发生反射的物体，即热辐射的电磁波分布只与温度有关，而与材料种类、表面状况都无关。

教师指导学生观察远处居民楼的窗户，并分析窗口呈现黑色的原因：如下图，房间就好比这个空腔，窗口就是这个小孔，光线从窗口这个小孔进入空腔，在空腔内表面发生了多次反射，却很少有机会再从小孔出去，因此从外面看上去这个小孔就是黑色的了，我们可以认为这个空腔就只吸收而不反射电磁波了。

黑体是一个抽象的理想模型，对学生来讲是全新的陌生知识。通过与质点模型、自由落体模型的回忆、对比，可以让学生较好的接受“理想模型”这一说法，理解“黑体（模型）≠黑色物体（实物）”，而不是简单的识记。远处窗口的观察也可以加深学生对这一模型的认识和理解，并且可以弱化学生心里“知识都高高在上”的感觉。

【黑体辐射规律的分析、总结】

教师：当科学界正在寻找理想黑体终无所得而束手无策时，1893年， 29岁的德国青年学者维恩充分地显示了自己的才能。这就是专门设计了一只箱子，箱子内壁全涂成黑色，形成一个空腔，上面开有小孔；为了加强吸收效果，又在空腔壁上装了许多带孔的横壁，从而使得辐射更不容易直接反射出去。并结合新设计的实验，首先推演出黑体辐射的位移定律。现在物理学家们已经找到了黑体辐射分布与温度的关系，请大家看下图，找找其中的规律。

图1图2图3

教师：横坐标和纵坐标代表什么？

学生：横坐标是辐射的电磁波的波长，纵坐标是辐射的各种电磁波的强度。

教师：从图1我们能找到什么信息？