高中物理 第六章 相对论与量子论初步学案 鲁科版必修2

高中物理第六章相对论与量子论初步学案鲁

科版必修2

相对性原理两个基本原理光速不变原理四维时空与时空弯曲时间延缓效应高速世界相对论效应长度收缩效应质速关系两个关系质能关系相对论与量子论初步E=nε n=0，1，2…… 量子世界能量的量子化ε=hv=h物质的波粒二象性能力提升第6章综合测试

1、有一接近于光速相对于地球飞行的宇宙火箭，在地球上的观察者将会看到火箭上的物体长度缩短，时钟变慢。由此有人得出结论说，火箭上的同类物体更长，时钟变快。这个结论对吗？

2、一物理实验小组将一横截面积为S的柱形容器中注入质量为m的水，经阳光直射时间t后，测得水温升高△T，设水对阳光的吸收率为η，阳光光子的平均波长为λ，水的比热容为C，试求该段时间内到达水面的太阳光光子数。

3、已知重核的裂变能获得核能，一个质量为m1的重核A，俘获了一个质量为m0的中子（中子动能略去不计）后，裂变为两个中等质量的核B（质量为m2）和C（质量为m3），则此时核发将发出多少核能？

4、静系中μ子的平均寿命为τ=

2、210-6秒。据报道，在一组高能物理实验中，当它的速率为v=0、9966c时，通过的平均距离为8千米。说明这现象。（提示，当β≤1时，有）参考答案

1、解析：在古典力学中，人们总认为时间间隔和空间间隔，例如时钟的快慢和物体的长度，在两个参照系里是一样的，不会因参照系的运动而有所变化。因此才有人提出如题所述的问题。

2、解析：水吸收到的光子能量为E1=Cm△T 每个光子的能量ε=h ∴ 水吸收到的光子数 N1=由题意，时间t内到在水面的光子数 N2=

3、解析：反应前质量为m0+m1，反应后质量为m2+m3，由质能关系得△E=△mc2=(m0+m1-m2-m3)c

24、解析：（1）按照非相对论的牛顿力学观点，高速运动时μ子的平均寿命仍然取τ=

2、210-6秒，则它的一生中通过的平均距离应是

L=vτ=cτ=310

82、210-6米=660米，此结果显然与实验事实不符。（2）按照时间延缓效应，观察者测得高速运动μ子的寿命△τ应比它的本征寿命τ长，其间的关系是因为，，所以 v=0、9966c的μ子的平均寿命应比它在静止时的寿命长

12、14倍，即秒=

26、710-6秒。于是它走过的平均距离为 L=

26、710-6≈8103米这结果与实验很好相符。拓展阅读宇宙膨胀的发现宇宙空间究竟是有限的还是无限的？几千年来两种对立的学说不断交替出现。希腊时代的自然哲学家卢克莱修认为有限宇宙观念是非常荒谬的。他指出：如果宇宙是有限的，倘若一个人一直走到它的边缘，猛掷一根飞矛。试问：它将飞向何处？这个著名的“飞矛实验”竞成为后世反对有限宇宙学说的一个主要哲学根据。这各诘问在科学研究方法中固然有着重要地位，但它只是从反面向科学提出问题，说明科学自身的不足，而没有作出对有限宇宙存在的否定证明。爱因斯坦根据广义相对论计算结果，令人意外地发现这个有限无边的宇宙必定是动态的，或者膨胀，或者收缩，或者兼而有之（振荡）。1929年哈勃发现，各星系光谱的每条谱线的波长都增加了；即存在着红移（光谱线向红端移动）现象；且星系距离我们越远，其红移量也就越大，二者间存在线性关系。按多普勒效应推断，越远的星系以越快的速度离开我们而去，这表明整个宇宙处在膨胀的状态。弗里德曼据此提出了三种不同的宇宙演化途径：①星系以非常缓慢的速度互相退离，它们之间的引力不断作用，将使这种互相退离运动最后终止，继而开始互相接近，即宇宙膨胀至最大尺度后便开始坍缩；

②星系之间的退离运动非常之快以致引力无法阻它继续进行，即宇宙一直膨胀下去；③星系之间的退离速度正好达到避免坍缩的临界值，宇宙不断膨胀，但膨胀速度逐渐趋于零。至于实际宇宙究竟对应于哪一种演化途径，完全取决于宇宙中的物质平均密

度。弗里得曼模型中，任何一个典型星系的运动就像从地球表面向上抛一块石头，石头的抛出速度足够快，或者地球质量足够小（这两种说法在物理上是等价的），石头的速度虽然随着时间逐渐变慢，然而最后石头却会跑到无限远的地方，这相当于宇宙物质平均密度小于某一临界密度的情形，没有足够的抛出速度，或者地球质量足够大，它将在到达一个最大高度后再跌回到地面上，这相当于宇宙物质平均密度大于临界值的情形。现在已有足够的证据确信宇宙中存在着大量的不可视物质，而且膨胀必定是在100亿年到200亿年前某一时刻开始的。按照宇宙标准模型，大约在

1、51010年前，宇宙起始于一次大爆炸。宇宙学原理认为：由于在任何时刻从空间的任一点和任一方向所看到的宇宙图景处处相同，所以物理规律是到处都适用的。而时间这一基本物理量总是和物质运动图像联系在一起的，这就意味宇宙各处有一个共同的时间标度。思考：你对宇宙的起源以及演变有些怎样的认识？试与周围同学作一交流。