Конспект урока в 9 классе по теме: "Тепловое излучение. Закон Стефана- Больцмана.

План-конспект урока по физике 9 класса.

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

 «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.

Оборудование: флипчарт, видеофильм, шкала э/м волн.

Дидактические материалы:

Межпредметная связь:

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)

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. .

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.

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(устно) Для желающий сообщение о пирометрах (2-3 минуты)