揭开黑体辐射的疑云

【教学目标】 （一）知识与技能

1．了解什么是热辐射、热辐射的特性以及黑体与黑体辐射；

2．了解黑体辐射本领的实验规律，了解经典物理学推出的荒谬结果——“紫外灾难”； 3．了解能普朗克的量子化假设及其成就。 （二）过程与方法

通过老师的引导性讲解和学生读书学习达成教学目标，同时培养学生的自学能力。 （三）情感、态度与价值观

通过学生对所涉及的物理学史以及科学家故事的学习，使学生体验科学发展的艰难历程以及科学研究中创新思维的价值；同时体验普朗克量子化假设对人类认识微观世界和对现代物理学的革命性影响。 【教学重点】

动量守恒定律的内容理解及简单应用。 【教学难点】

系统动量守恒的条件理解． 【教学方法】

采用实验探究法、启发式讲授、讨论交流 【教学过程】

引入新科

从19世纪末，大家认为物理学的大厦已经基本竣工。但物理学晴朗的天空中，却有两朵“小小的乌云”。在选修4，我们已经了解到“第一朵乌云”引发了人类时空观的革命，导致相对论的诞生；这第二朵乌云又是什么？科学家对它的研究又有什么突破？ 第二朵“乌云”——“紫外灾难”

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，这种现象称为热辐射。 ①所辐射电磁波的特征与温度有关。 ②热辐射的本质：热能转化为电磁能的过程

任何物体任何温度均存在热辐射, 温度? 发射的能量?

③无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。

2.、黑体辐射：

能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体。 3、黑体辐射实验规律：不同温度下黑体辐射本领与波长的关系

用心 爱心 专心 1

实验结果e0(?,T)辐射本领17 实验中得到的不同温度下黑体辐射本领与波长的关系 说明：

? 黑体是个理想的模型。 例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 ? 对于黑体，在一定的温度下的辐射规律是相同的。

? 辐射本领：即单位时间内从黑体的单位面积上辐射的在波长λ附近单位波长范围内

的能量。下面图中纵坐标即表示辐射本领

辐射本领 经典物理学得到的规律与实验中得到的规律的对照

经典物理学推出的公式只适用于长波段和短波，而在紫外区按照经典物理学，黑体的辐射本领将趋于无穷大，这与实验不符，而且近于荒谬——这就是经典物理学的“紫外灾难”；

黑体辐射实验的结果是物理学晴朗天空中一朵“令人不安的乌云”。

普朗克假设驱乌云 普朗克能量子假说

1、普朗克设想，黑体的空腔是由大量振子组成的，这些振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能是某一最小能量hν的整数倍，即 E= nhν。（ n=1,2,3 … )，式中ν为振子的频率，h是一个常量，后来称为普朗克常量。

现代实验测得 h=6.63×10J·s

2、普朗克指出：只有认为振子辐射和吸收的能量是一份一份的，不连续的，理论计算的结果

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M?0(T)实验值 15013000K1100KK00K0 1 2 3 4 5 6λ(μm)实验值紫外普灾朗难克线维恩线 瑞利--金斯线O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ? /10 μm μ mo12345678用心 爱心 专心 2

才能与实验事实相符。并称这样一份最小能量为能量子。

3、在微观世界中，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。

经典的能量概念 普朗克的能量概念 能量是连续的 能量量子化 【案例分析】

教材P.14 案例：计算能量子的值 学生自读

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体会经典物理学的适用范围：

计算结果表明，能量子的值非常小，在宏观世界一般观测不到能量子的效应，可以认为能量是连续的，因此经典物理学可以很好的解释宏观世界中的物理现象和规律。

但当人们的视野深入到原子以下的微观世界的时候，就必须考虑能量的量子化了。 【课后作业】

1、阅读教材《信息浏览》 普朗克与量子论 2、课后练习： 《家庭作业与活动》1、2、3

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