物理选择性必修第三册4.1(教案)普朗克黑体辐射理论.pdfVIP

物理选择性必修第三册4.1(教案)普朗克黑体辐射理论

【教学目标】

一、知识与技能

1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。

2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。

3．了解能量子的概念。

二、过程与方法

了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量

子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

三、情感、态度与价值观

领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，

能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【教学重点】

能量子的概念。

【教学难点】

黑体辐射的实验规律。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

教师：介绍能量量子化发现的背景：

19世纪末页，牛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。在电磁学方面，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。当时许多物理学家都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，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的

发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”

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也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验

数据的小数点后面在加几位罢了！

但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，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，事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905

年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一

个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。

点出课题：我们这节课就来学习普朗克黑体辐射理论。

二、新课教学

（一）黑体与黑体辐射

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

从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。不同的物体

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。

不透明的材料制成带小孔的空腔，可近似看作黑体。如图所示。

教师注意强调：

（1）黑体是个理想化的模型。

（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。

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3．黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作

黑体辐射。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

（二）黑体辐射的实验规律

展示测量黑体辐射的实验原理图

加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑

体辐射。

1．辐射强度按波长分布与温度的关系

特点：随温度的升高

①各种波长的辐射强度都在增加；

②辐射强度的最大值向短波方向移动。

教师提出问题，设置疑问：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？

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强度按

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”。

2．经典物理学所遇到的困难

（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合。

（2）瑞利-金斯公式：长波符合，短波荒唐。