КОНСПЕКТ УРОКА ПО ТЕМЕ: «ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО»

КОНСПЕКТ УРОКА ПО ТЕМЕ: «ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО».

 «Все идеи в науке родились в

драматическом конфликте между реальностью

 и нашими попытками ее понять.»

Отыщи всему начало, и ты многое поймёшь!
Козьма Прутков

Задачи урока:

1.                 Образовательная – изучить тепловое излучение, закон Стефана-Больцмана, гипотезу Планка, что называется испускательной и поглощательной способностью, абсолютно черным телом,  световым квантом

2.                 Развивающая – развить внимание, способность к анализу, развитие мышления, формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания; формировать диалектико-материалистическое мышление.

3.                 Воспитательная – воспитание дисциплинированности, а также воспитание добросовестности и ответственности у детей.

Тип урока: комбинированный.

Формы работы: работа в группах, сообщения учащихся

                                                         Ход урока:

I Организационный момент: «Здравствуйте, дети…! Садитесь…! Дежурный, кого нет в классе? Итак, начнем урок».

II Актуализация знаний: Мы закончили изучение астрономии и приступаем к изучению новой главы «Строение атома. Атомные явления». В этой главе мы будем говорить о тепловом излучении, абсолютно чёрном теле, гипотезе Планка о световых квантах, фотоэффекте и его законах, рентгеновских лучах, строении атома, радиоактивности и спектрах излучения и поглощения атомов.

Тема урока: Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Стефана - Больцмана. Трудности в объяснении явления теплового излучения тел.

III Изучение нового:

- Ребята как вы думаете, какое излучение называется тепловым? Какие тела его испускают?(выслушиваю ответы учащихся)

Тепловым называют электромагнитное излучение, которое испускают нагретые тела за счет своей внутренней энергии. Тепловое излучение уменьшает внутреннюю энергию тела, и, следовательно, его температуру. Спектральной характеристикой теплового излучения является спектральная плотность энергетической светимости

Из повседневных наблюдений известно, что тела, нагретые до высоких температур, начинают светиться(уже при температуре около 500-800 К) Цвет света изменяется от красного до белого при повышении температуры. Температура на поверхности Солнца 6000  ⁰С и оно светится желтым светом. Интенсивность излучения увеличивается с увеличением температуры. Излучение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым, или температурным излучением(инфракрасным). Тепловое излучение является самым распространенным в природе, оно совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества, т.е. за счет внутренней энергии тел. Это излучение не видимо. Кроме того тела нагретые до очень высоких температур испускают  так же невидимое УФ излучение.

- Как вы думаете ИК, УФ и видимый свет имеют одинаковую природу или нет?

(ответы учащихся)

Да, тепловое излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение это   электромагнитные волны, но разной частоты(длины волны). Т.е они имеют одинаковую природу.

-Скажите, пожалуйста, тела только испускают тепловое излучение?(ответы учащихся)

- Если положить какое-либо тело около горячей батареи, что произойдёт?(ответы учащихся)

Правильно. Оно нагреется, значить поглотит излучение.

- Какое тело лучше поглощает излучение(белое или чёрное)?

(ответы детей)

Запись в тетради. Тело, поглощающее падающее на него излучение любой длины волны, называется абсолютно чёрным телом.

Просмотр видеоролика об абсолютно чёрном теле.

К абсолютно черным телам можно отнести Солнце, чёрный бархат, сажу.

 К концу 19 в. Учёные выяснили что зависимость энергии тепловых излучений от длины волны выглядит так(работа по рис 143 стр 202(1 кривая). Эта кривая имеет чётко выраженный максимум в области видимого светового излучения, а в области УФ волн стремится к нулю.

Но теоретические  исследования дают кривую 3, на которой максимум в области УФ волн. Это расхождение теории и практики получило название ультрафиолетовая катастрофа, потому что объяснить его классическая физика не смогла.

В 1879 г.энергию излучения тел при различных температурах(лучеиспускательную способность) экспериментально исследовал профессор Венского университета Йосиф Стефан.

Историческая справка(сообщение читает ученик)

Йозеф Стефан родился в Санкт-Пёльтене в 1835 г. Окончил гимназию и поступил в Венский университет, который окончил в 1857. Впоследствии преподавал в университете (с 1863 — профессор кафедры высшей математики и физики), являлся директором Института экспериментальной физики (с 1866), ректором университета (1876-1877), вице-президентом Австрийской академии наук.

Имя Стефана носит крупнейший исследовательский институт в Словении.

Известен своими работами по различным областям физики .Используя закономерность позже получившую название закона Стефана -Больцмана закономерность, впервые дал достоверную оценку температуры поверхности Солнца — около 6000 градусов. Теоретическое обоснование этого закона, известного как закон Стефана — Больцмана, было дано в 1884 году учеником Стефана Людвигом Больцманом.

Стефан установил что лучеиспускательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры. .

Учитель: Теоретически обосновал эту зависимость в 1884 году друг и ученик Йосифа Стефана Людвиг Больцман.

Историческая справка(сообщение читает ученик)

Людвиг Больцман родился 20 февраля 1844, в Вене- один из величайших физиков-теоретиков конца 19 — начала 20 века, и один из основателей статистической физики и физической кинетики, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1899). Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал статистическое обоснование второго начала термодинамики в 1872 году. Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана — Больцмана).

 Семья была состоятельной. Пятнадцати лет он потерял отца.  Людвиг учился прекрасно в школе, был прилежен, аккуратен и  исключительно самокритичен.  После окончания школы его обучение продолжилось в Венском университете.

В 1866 Л. Больцман защитил диссертацию и получил ученую степень, а через год он стал приват -доцентом. В 1868 двадцатичетырехлетний Больцман получил должность профессора математической физики в Граце. В 1869-76 Л. Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете.

Зaслуживший всемирную известность как теоретик, Больцман был и весьма талантливым и увлеченным экспериментатором, но, конечно, теория была на первом плане.

Много лет возглавлял кафедру теоретической физики в Мюнхене, а позже в Венском университете.

Закон Стефана – Больцмана:

Излучательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры.

Эта зависимость выражается формулой: 

 

- универсальная постоянная Стефана Больцмана.

Эта закономерность лежит в основе работы физического прибора – пирометра, с помощью которого определяется температура нагретых тел на расстоянии.

Демонстрация фото пирометра  и тепловизора на интерактивной доске.

Учитель: Выход из тупиковой ситуации между теорией и практикой тепловых излучений нашёл великий немецкий физик Макс Планк.

Историческая справка(сообщение читает ученик)

Макс  Планк родился 23 апреля 1858 в городе Киль. Являлся  физиком-теоретиком, основоположником квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1918) и других наград, член Прусской академии наук , ряда иностранных научных обществ и академий наук. На протяжении многих лет один из руководителей немецкой науки.

Планк получил закон распределения энергии в спектре абсолютно чёрного тела (формула Планка) и обосновал этот закон, введя представление о квантах энергии и кванте действия. Это достижение положило начало развитию квантовой физики, разработкой различных аспектов которой он много занимался в последующие годы  Ряд работ Планка посвящён историческим, методологическим и философским аспектам науки.

В 1867 году Макс был отдан в Максимилиановскую гимназию. Там он занимался охотно и скоро стал одним из лучших учеников в классе. У Макса рано проявился математический талант. Учителя отмечали его личные качества — сильный характер, прилежность и исполнительность.

В с 1874 года стал студентом Мюнхенского университета. Продолжил образование в Берлине.

Летом 1878 года Планк возвратился в Мюнхен и вскоре стал работать учителем физики и математики. Одновременно он начал самостоятельные научные исследования, руководствуясь только книгами и научными статьями.

Весной 1885 года получил предложение занять место экстраординарного профессора теоретической физики в Кильском университете.

С 1889 года работал в Берлине профессором теоретической физики, стал действительным членом Прусской академии наук.

1911 года Планк был избран непременным секретарём Прусской академии наук, к а так же занимал пост ректора Берлинского университета, а также трижды избирался президентом Немецкого физического общества.

Осенью 1926 года вышел в отставку, хотя по-прежнему активно участвовал в научной жизни университета, работе приёмных и аттестационных комиссий, ещё несколько лет читал курсы лекций; он также оставался секретарём Прусской академии наук. В 1930-е годы Планк получил возможность больше времени уделять лекциям по общенаучным и философским проблемам; его выступления проходили не только в различных университетах Германии, но и в Голландии, Англии, Швейцарии, Швеции, Финляндии.

Гипотеза Планка: Атомы  излучают и поглощают э/м энергию дискретными порциями – квантами.

Энергия кванта    

- частота излучения,-  универсальная постоянная Планка.

Сам Планк испугался последствий своей гипотезы, т.к. она не вязалась с представлениями классической физики.

«Введение гипотезы кванта равносильно крушению классической теории, а не простому её видоизменению. Ни один физический закон не обеспечен теперь от сомнений. Дело иногда имеет такой вид, как будто в теоретической физике снова наступила пора первоначального хаоса» -с горечью говорил Планк.

Он готов был уничтожить собственную гипотезу, лишь бы не упал ни один волос с головы классической физики, которую Планк высоко ценил, называя» величественным сооружением чудесной красоты и гармонии»

Колебания Планка продолжались почти четверть века. Многим было непонятно великое открытие Планка.

Первый кто принял гипотезу Планка был молодой Эйнштейн: «Открытие Планка стало основой всех исследований в физике 20 века и с тех пор почти полностью обусловило её развитие… Больше того оно разрушило остов классической механики и э/д и поставило перед наукой задачу: найти новую познавательную основу для всей физики»

IV Закрепление:  Проверочная работа: пользуясь § 47,48 вставьте слова или ответьте на вопрос.

Фамилия__________________

Класс____

Абсолютно чёрное тело полностью_____________ падающее на него излучение.

Минимальная порция____________ , испускаемая или поглощаемая телом, называется_________.  Ультрафиолетовое излучение, видимый свет и тепловое излучение имеют одинаковую природу. Это _____________________ излучение.

Как по другому называется лучеиспускательная способность тела?_________________

Другое название теплового излучения___________________________.

V Взаимопроверка работ, выставление оценок.

Абсолютно чёрное тело полностью поглощает падающее на него излучение.

Минимальная порция энергии , испускаемая или поглощаемая телом, называется  квантом.  Ультрафиолетовое излучение, видимый свет и тепловое излучение имеют одинаковую природу. Это электромагнитное излучение.

Как по другому называется лучеиспускательная способность тела? Энергия излучения . Другое название теплового излучения

Коды:   поглащает, энергии, квантом, электромагнитное, энергия излучения, инфракрасное.

VI Рефлексия:

- Что заинтересовало?

- Что вызвало затруднения?

VII Подведение итогов, выставление оценок.

VIII Домашнее задание: § 47, 48 Упр. 37.

       Для желающих сообщение о пирометрах (2-3 минуты)