高中物理第六章相对论与量子论初步学案鲁科版必修2

合集下载

高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界学案鲁科版必修二

第1节高速世界一、两个基本原理和两个效应阅读教材第110～114页的内容，了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。

1.两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。

(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c 都一样(c ＝3×108m/s)。

2.两个效应(1)时间延缓效应①在相对论时空观中，高速运动的时钟比静止的时钟走得慢。

②关系式：Δt Δt 为运动时间，Δt′为静止时间。

(2)长度收缩效应①在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止的惯性系中测出的长度短。

思维拓展我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？答案根据长度收缩效应表达式l′＝l 1－v2c2，因为我们生活在低速世界中，v ≪c ，l ′近似等于l ，故此现象不明显。

二、质速关系质能关系时空弯曲阅读教材第114～118页的内容，了解质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对论知识解释简单的现象。

1.质速关系当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m 0最小，称为静止质量。

当物体相对于某惯性系以速度v 运动时，在此惯性系内观测它的质量m ，物体的质量随速度的增大而增大。

在低速运动中，质量的变化可以忽略不计。

2.质能关系按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E ＝mc 2，称为质能关系式。

物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加，其关系为ΔE ＝Δmc 2。

3.时空弯曲爱因斯坦的理想实验：(1)科学预言：加速运动能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲。

在宇宙中，物质质量大、密度高的区域时空弯曲大；物质稀少的地方，时空弯曲小。

(2)实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲的数值，与广义相对论的理论预言相当吻合。

(3)进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。

引力不但影响空间，而且影响时间即时空弯曲。

惯性系内观测它的质量m ，物体的质量随速度的增大而增大。

2017_2018学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界教学案鲁科版必修2

第1节高速世界一、高速世界的两个基本原理 1．相对性原理所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。

2．光速不变原理在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c 都一样。

由这两条假设所建立的理论叫做狭义相对论。

二、狭义相对论的结论 1．时间延缓效应对同一个物理事件，在静止参考系中观测所经历的时间为Δt ，在高速运动的参考系中观测所经历的时间为Δt ′，则有Δt ＝Δt ′1－v 2c2。

2．长度收缩效应设静止物体长为l ，在此长度方向上运动的速度为v 时，在此惯性系中测量长度为l ′，1．高速世界的两个基本原理相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。

光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c 都一样(c ＝3×108m/s)。

2．高速世界的两个效应时间延缓效应：运动的钟比静止的钟走得慢。

长度收缩效应：运动的物体的观测长度比静止的短。

3．两种关系质速关系：m ＝m 01－v 2c2质能关系：E ＝mc 2，当物体的质量减少或增加时必然伴随着能量的减少或增加。

4．加速运动能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲；光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。

则由狭义相对论会得出如下关系式：l ′＝l1－v 2c2。

3．质速关系经典力学中，物体的质量既不随位置的变化而变化，也不随速度的变化而变化。

但是基于相对论和其他物理原理，可推出物质的质量是变化的，当物体所处的惯性参照系静止时，它具有最小的质量m 0，这个质量叫做静止质量。

当物体以速度v 相对某惯性系运动时，在这个惯性系观测它的质量为m ＝m 01－v 2c2。

4．质能关系爱因斯坦对质量和能量给出了如下关系式：E ＝mc 2或ΔE ＝Δmc 2。

三、时空弯曲1．爱因斯坦认为加速运动和引力作用对轨迹的弯曲是等效的。

如果加速能使光线弯曲，那么引力也能使光线弯曲。

2．按照广义相对论，光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。

高一物理鲁科版必修2 第6章相对论与量子论初步优化总结课件(10张)

[思路点拨] 解此题的关键是搞清速度方向． [解析] 当棒沿自身长度方向运动时 m′＝ m0 ，
1－vc 2
l′＝l0· 1－vc 2
ρ′＝ml′′＝ml00·
1
1－vcBiblioteka 22＝1－ρvc 2.当棒在垂直自身长度方向上运动时 m″＝
l″＝l0，所以 ρ″＝ml″″＝
ρ
1－vc
2
[答案]
ρ
1－vc 2
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放
第6章相对论与量子论初步
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
缩效应)
质量物体的质量是恒定的
物体的质量与运动有关，运动时质量变大
使用范围
低速世界(我们所生活的这个世界)
高速世界(接近光速)
某人测得一静止棒长为l0，质量为m0，从而求得此棒线密度为ρ(即单位长度质量)．若此棒以速度v沿自
身长度方向运动，此人再测棒的线密度应为多少？若棒
在垂直自身长度方向上运动，它的线密度又为多少？
栏目导引
下列说法中正确的是( CD) A．光的波粒二象性学说是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的 B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁场理论 C．光子学说并没有否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，ν 表示波的特性，ε表示粒子的特性 D．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是个别光子运动规律的一种几率波 [解析] 解答本题必须掌握一定的物理学史，了解波粒二象性学说的由来及与其他学说的区别与联系．现在人们对光的普遍认识是受波动规律支配的几率波．

高中物理第6章相对论与量子论初步研究性学习鲁科版必修2

用心爱心专心高中物理第6章相对论与量子论初步研究性学习鲁科版必修2
20世纪有许多著名的物理学家,像爱因斯坦、普朗克等,其中最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert.Einstein)是他们的杰出代表,他于1879年3月14日出生在德国,后移居美国,一生作出了许多突出贡献,因提出狭义相对论和广义相对论及对光电效应的正确解释获得了诺贝尔物理学奖.
有一次,一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀.他回答：“早在1901年,我还是二十二岁的青年时,我已经发现了成功的公式.我可以把这公式的秘密告诉你,那就是A=X+Y+Z,A 就是成功,X 就是努力工作,Y 是懂得休息,Z 是少说废话！这公式对我有用,我想对许多人也是一样有用.”
1.通过查阅有关资料,了解爱因斯坦的成长史和杰出贡献,特别是他的童年和少年时代的学习和生活.
2.从爱因斯坦的童年和少年时代,你发现了什么？你觉得他和你的相同之处在哪里,你应该怎样努力,才能为人类作出更大的贡献？
3.爱因斯坦的成功秘诀对你有何启发？
4.对这个时期的著名物理学家你还了解哪些,写出一篇对他们生活、工作或成就的研究性文章.
知识总结
相
对
论
与量
子
论初
步
相对论量子论高速世界的两个基本原理
四维时空
时间延缓与长度收缩质速关系和质能关系时空弯曲紫外灾难不连续的能量物质的波粒二象性。

高中物理第6章第2节量子世界知识探究鲁科版必修2

- 1 - 量子世界-知识探讨
合作与讨论
光究竟是什么？一种说法认为：“光是一种类似于小球的粒子,它的行为就像一个质点,遵循反射定律,立竿见影是有力证明”；另一种说法认为：“光是一种波,就像水波、声波一样,薄膜或肥皂泡上的花纹是有力证明.”你认为他们谁的说法是正确的？查阅相关资料解决这个问题.
我的思路：光具有波粒二象性,光有时候表现为波动性,有时候表现为粒子性.
思考过程
1.紫外灾难：黑体辐射的能力与辐射波长和温度有关,瑞利－金斯公式在长波区域与实验吻合,而在短波区域出现严重的不符,由于这个实验与理论严重不符的结果出现在短波的紫外区域,所以称为“紫外灾难”.
2.量子：辐射是由一份份的能量组成的,就像物质是由一个个的原子组成的一样,辐射中的一份能量就是一个量子.
3.物质的波粒二象性：法国物理学家德布罗意认为,既然光具有波粒二象性,那么质量不为零的任何粒子,如电子,也具有波的性质.
例题解析
【例题】关于光的本性,早期有牛顿的微粒说和惠更斯的________,后来又有麦克斯韦的电磁说.20世纪初,为解释________现象,爱因斯坦提出了光子说.________实验证实了实物粒子也具有波动性.
解析：光的本性早期由牛顿和惠更斯的粒子说和波动说的争论,麦克斯韦的电磁说与光电效应现象证明了光的波粒二象性,电子衍射实验证实了实物粒子也具有波动性. 点评：历史史实的了解是解决本题的关键.
知识总结
规律：黑体辐射的特点.
知识：黑体辐射,量子,波粒二象性.
方法：光子能量的计算方法：E =h
c .。

2024-2025学年高中物理第六章相对论与量子论初步第1节高速世界教案1鲁科版必修2

4. 对学生在量子纠缠应用题中的回答，进行点评和指导，引导学生深入思考量子纠缠在量子通信中的应用。
作业反馈的目的是帮助学生发现并纠正错误，提高对知识点的理解和应用能力。同时，通过及时的作业反馈，教师可以了解学生的学习情况，针对性地进行教学调整，提高教学效果。
内容逻辑关系
- 相对论与量子论在描述宏观和微观世界方面的互补性
4. 量子纠缠应用题：设计一道应用题，让学生分析量子纠缠在量子通信中的应用，提高学生对量子通信的认识。
作业反馈：
1. 及时批改学生的作业，对计算题的答案进行详细核对，纠正学生的错误计算。
2. 针对学生在质能方程应用题中的错误，给出详细的解释和指导，帮助学生理解质能方程的应用方法。
3. 对学生在量子论基础题中的错误选择，给出正确答案的解释，并提供相关知识点复习资料，帮助学生巩固基础知识。
设计小组讨论环节，让学生围绕高速世界问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。
鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考，拓展思维。
技能训练：
设计实践活动或实验，让学生在实践中体验知识的应用，提高实践能力。
在新课呈现结束后，对相对论与量子论初步知识点进行梳理和总结。
强调重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。
核心素养目标
1. 科学思维：培养学生运用相对论和量子论的基本原理分析高速世界现象，发展逻辑推理和科学论证能力。
2. 科学探究：通过实例探讨时间膨胀、长度收缩等相对论效应，激发学生主动探索自然现象的兴趣。
3. 物理观念：建立物质与能量等价的质能方程观念，理解微观世界的量子特性，提高对物理世界的认识。
4. 科学态度与责任：培养学生对科学研究的尊重和敬畏，关注相对论与量子论在实际应用中的价值与意义。

2020-2021学年高中物理第六章相对论与量子论初步第1节高速世界教案1 鲁科版必修2

第1节高速世界【教学目标】一、知识与技能1．了解高速世界的两个基本原理。

2．了解经典物理学的局限性，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。

3．掌握质速关系与质能关系。

二、过程与方法1．了解科学家建立相对论的探索过程，认识科学思维的意义，学习科学思维的方法。

2．通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力。

3．认识猜想和假设的重要性，培养应用相对论时空观分析研究问题的能力。

三、情感、态度与价值观1．培养有根据的批判意识，培养勇于创新的科学态度2．激发学生对相对论力学的探索热情。

3．培养学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度。

【重点难点】1、狭义相对论的两个基本假设。

2、相对论的时空观，同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。

3、质量、能量、速度的联系【教学方法】提出问题、揭示矛盾、引发学生思考，然后通过相对论假设进行逻辑推理，得出结论。

【教具准备】多媒体课件【教学过程】（一）新课引入：迈入新世界在19世纪与20世纪之交（1900年前后），许多人认为物理学这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了。

只是“物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。

”这两朵“乌云”是：1、迈克尔逊—莫雷实验：研究光沿不同方向传播速度的差异。

2、热辐射实验：研究热辐射的能量与温度的关系。

这两个实验所观测到的现象用当时已有的物理学理论无法进行合理的解释。

正是这两朵的乌云，不久以后酿成了物理学中一场巨大的变革。

（二）新课教学一、高速世界的两个基本原理1.经典时空观的运动合成原理（1）在以20m/s的速度行驶的汽车上，有人以25m/s的速度将一小球水平抛出，在静止于路边的观察者看来，①如果小球是向前抛出的，那么小球水平方向的速度为多少？小球水平方向的的速度为两速度之和。

②如果小球是向后抛出的，小球水平方向的速度又是多少？小球水平方向的的速度为两速度之差。

2.若一束光以速度c向前传播，相对于地面以速度v和光传播同向运动的人，观察到光的传播速度是多少？若人相对于地面以速度v和光传播相反方向运动，她观察到的光的传播速度是多少？根据速度合成的法则：第一种情况人看到的光速应是c+v，第二种情况应是c-v。

高中物理 6.2 量子世界学案1 鲁科版必修2

高中物理 6.2 量子世界学案1 鲁科版必修2【学习目标】1、初步了解经典物理观点被量子观点取代的原因，及一些科学家在其中所起的重要作用。

从而了解量子论的主要思想，了解量子论涉及的一些相关的现象。

2、认识经典力学的适用范围和局限性，知道量子论对人类认识世界的影响，体会科学研究方法和尊重实验事实的科学态度对人们认识自然的重要作用。

【知识梳理】一、“紫外灾难”温度高→灯光白→短波长光较强；温度低→灯光较红→短波长光较弱，长波长光相对较强。

物体中的分子、原子在任何温度下都会发射出各种波长的电磁波，这种现象称为热辐射。

物理学家们设想了一种理想的物体：能够发射热辐射，也能完全吸收热辐射，但是完全不反射任何热辐射的物体，叫做黑体。

黑体温度越高，热辐强度越大；在同一温度下，不同波长的电磁辐射强度不同，有某一种波长的电磁辐射最强；温度越高，辐射最强的电磁波波长变短。

维恩公式：瑞利-琼斯公式：二、量子假说：物质辐射或吸收的能量是不连续的，只能是一种最小能量的整数倍。

E=nε （n=0,1,2,3,…）ε=hν=hc/λ ( h称为普朗克常数 )经典电磁理论中电磁波的能量是由波的振幅决定的，但在量子假说中最小能量却是与辐射的频率成正比的。

普朗克公式：量子观点开创了一场物理学的巨大变革。

三．物质的波粒二象性①光的波粒二象性②物质波例题：根据量子理论，光子的能量，其中c为真空中的光速、为光的频率、为光的波长，普朗克常数取已知太阳光垂直照射时，每平方米面积上的辐射功率为P=1.35kw。

假设太阳辐射的平均波长为则在垂直于太阳光的S = 1 m2面积上，每秒钟内可以接收到多少个光子？解析：依题意，太阳光平均一个光子的能量为在1 m2面积上，1s内得到的阳光总能量为得到的光子个数【基础训练】1．把能量量子化的观点与经典物理的能量观点列表作一个比较呢？参考答案：1．量子观点与经典物理的能量观点列表比较经典物理能量观量子观能量的大小可以是连续的任意值能量的大小是不连续的，只能是最小能量子的整数倍。

高中物理第6章相对论与量子论初步第1讲高速世界课

第1讲高速世界
9
预课对习堂点导讲练学义习
理梳巩解理固·深识应化记用·探点反究拨馈
五、质能关系按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E＝
mc2 ，称为质能关系式.物质的质量减少(或增加)时，必然伴随能量的减少(或增加)，其关系为ΔE＝ Δmc2 .
第1讲高速世界
10
预六课对习、堂点导时讲练学空义习弯曲
理梳巩解理固·深识应化记用·探点反究拨馈
1.内容：将一只高速运动的时钟与另一系列静止的同步钟相
比较，发现运动的钟变慢了，这个效应叫做时间延缓效
应，时间延缓效应也称作时间膨胀.
Δt＝ 2.表达式：
Δt′ 1－vc22
.
第1讲高速世界
5
预课对习堂点导讲练学义习
理梳巩解理固·深识应化记用·探点反究拨馈
三、长度收缩效应
1.内容：一个一维物体相对另一惯性系沿自身长度方向匀速运动时，长度变短了，称这种效应为长度收缩 . 2.公式：l′＝l 1－vc22
第1讲高速世界
6
预课对习堂点导讲练学义习
理梳巩解理固·深识应化记用·探点反究拨馈
想一想我们平时为何观察不到这种长度收缩效应呢？
答案由长度收缩效应表达式
(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的
光速c都一样.也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何，
在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的光速都是相等的.
第1讲高速世界
12
预课对习堂点导讲练学义习
2.两个效应
理梳巩解理固·深识应化记用·探点反究拨馈
(1)时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准过的钟，
为长度收缩.

高中物理第6章相对论与量子论初步第2节量子世界学案鲁科版必修2

第2节量子世界学习目标核心提炼1.了解热辐射、黑体等概念。

2.知道“紫外灾难”。

3.知道普朗克的量子假说，理解量子化。

4.理解物质的波粒二象性。

3个概念——热辐射、黑体、物质波1个学说——普朗克的量子说2个公式——ε＝hνE＝nε1个本质——光的本质一、“紫外灾难”不连续的能量阅读教材第119～120页“紫外灾难”、“不连续的能量”部分，了解热辐射、黑体的概念，了解“紫外灾难”。

1.热辐射因物体中的分子、原子受到激发而发射出电磁波的现象，称为热辐射。

物体在任何温度下都会发生热辐射现象。

2.黑体黑体是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想化模型，它是一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。

3.“紫外灾难”(1)实验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长λ、温度T之间关系的实验曲线。

(2)“紫外灾难”：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与实验曲线不符合。

这个与实验不符的结果出现在紫外区。

4.普朗克的量子说(1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的。

(2)含义：物体辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍。

E＝nε (n＝1，2，3，…)(3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子。

量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与频率ν成正比。

ε＝hν，公式中h＝6.63×10－34J·s，称为普朗克常量。

普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征。

5.量子(化)含义所谓量子(或量子化)，本质是不连续性。

思维拓展你觉得夏天穿什么颜色的衣服最热？为什么？答案夏天穿黑色衣服比穿浅色衣服感觉要热的多，因为黑色衣服吸收热辐射的能量多，反射热辐射的能量少，因而感觉要热得多。

二、物质的波粒二象性阅读教材第121～122页“物质的波粒二象性”，了解物质的波动性和粒子性。

高中物理第6章相对论与量子论初步第1讲高速世界学案鲁科版必修2

第1讲高速世界[目标定位] 1.初步了解爱因斯坦相对论建立的背景.2.了解高速世界的两个基本原理，知道时间延缓、长度缩短、质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对论知识解释简单的现象.3.了解经典物理学的局限，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系．一、高速世界的两个基本原理1．相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有____________． 2．光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的______中的光速c ________. 二、时间延缓效应1．内容：将一只高速运动的时钟与另一系列静止的同步钟相比较，发现____________变慢了，这个效应叫做时间延缓效应，时间延缓效应也称作时间膨胀． 2．表达式：________________________. 三、长度收缩效应1．内容：一个一维物体相对另一惯性系沿自身长度方向匀速运动时，长度变短了，称这种效应为____________． 2．公式：l ′＝l1－v 2c2想一想我们平时为何观察不到这种长度收缩效应呢？四、质速关系在经典力学中，物体的质量与物体的______无关．但在相对论中，运动物体的质量随其__________的变化而变化．m ＝m 01－v 2c2其中m 为物体的__________，m 0为__________，v 为物体相对惯性系的运动速度．想一想一个物体被加速、加速、再加速，它的速度会增大到等于甚至大于光速c 吗？为什么？五、质能关系按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E ＝______，称为质能关系式．物质的质量减少(或增加)时，必然伴随________的减少(或增加)，其关系为ΔE ＝______. 六、时空弯曲爱因斯坦的理想实验：1．科学预言：__________能使光线弯曲，______也能使光线弯曲．在宇宙中，物质______大、______高的区域时空弯曲大；物质______的地方，时空弯曲小． 2．实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲数据与广义相对论预言相当吻合．3．进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲．引力不但影响______，而且影响______即时空弯曲.一、对“两个基本原理”和“两个效应”的理解 1．两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关．(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c 都一样．也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何，在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的光速都是相等的． 2．两个效应(1)时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准过的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些．这已被高精度的铯原子钟超高速环球飞行实验证实．在相对论时空观中，运动时钟时间与静止时钟时间的关系： Δt ＝Δt ′1－v 2c2.由于v ＜c ，所以Δt ＞Δt ′，即运动的钟比静止的钟走得慢．这种效应被称为时间延缓．(2)长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关．观测长度l ′与静止长度l 之间的关系：l ′＝l1－v 2c2，由于v ＜c ，所以l ′＜l .这种长度观测效应被称为长度收缩．例1 关于狭义相对论的基本假设，下列说法正确的是( ) A ．在不同惯性系中，力学规律都是相同的 B ．在不同的惯性系中，真空中的光速是不同的 C ．在不同参照系中，一切物理规律都是相同的 D ．对任何惯性系，真空中的光速都是相同的针对训练1 一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁．对这两个事件说法正确的是( ) A ．车上的观察者认为两个事件是同时的 B ．车上的观察者认为光先到达后壁 C ．地面上的观察者认为两个事件是同时的 D ．地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些二、对质速关系和质能关系的理解 1．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系：m ＝m 01－v c2.(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m 0. 2．相对论质能关系用m 表示物体的质量，E 表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E ＝mc 2.例2 太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，太阳每秒钟向外释放的能量约为3.8×1026J ，则太阳的质量每秒钟减少多少？针对训练2 一被加速器加速的电子，其能量为3.0×109 eV，试问：(1)此时电子的质量是其静质量的多少倍？(2)此时电子的速率为多少？(电子的静质量为0.91×10－30 kg)高速世界的两个基本原理1．如图1所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光速的传播速度为( )图1A．0.4c B．0.5cC．0.9c D．1.0c时间延缓效应和长度收缩效应2．如果飞船以0.75c的速度从你身边飞过，飞船上的人看飞船上的一个灯亮了10 min，你观测到这个灯亮的时间约为多少？3．惯性系S中有一边长为l的正方形(如下图所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )质速关系和质能关系4．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击铀原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是() A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2答案精析第6章相对论与量子论初步第1讲高速世界预习导学一、1.相同的形式 2．真空都一样二、1.运动的钟 2．Δt ＝Δt ′1－v 2c2三、1.长度收缩2．想一想由长度收缩效应表达式l ′＝l1－v 2c2，因为日常生活在低速世界中，v ≪c 故l ′近似等于l ，故此现象不明显．四、运动运动速度运动质量静止质量想一想由质速关系可知，物体的质量随着速度的增大而增大，当速度接近光速时，物体的质量趋于无穷大，物体的加速度趋于零，因此物体被加速时，其速度不可能等于甚至大于光速.五、mc 2能量 Δmc 2六、1.加速运动引力能量密度稀少 3．空间时间课堂讲义例1 AD [狭义相对论的基本假设均建立在惯性参考系的基础上，故A 、D 正确．] 针对训练1 AD 例2 4.2×109kg解析太阳向外释放出巨大的能量必然伴随着自身质量的减少，由ΔE ＝Δmc 2得太阳每秒减少的质量为 Δm ＝ΔE c2＝3.8×102682kg≈4.2×109kg.针对训练2 (1)5 857倍 (2)0.999 999 985c 解析 (1)由爱因斯坦质能方程E ＝mc 2有m ＝E c 2＝3.0×109×1.6×10－1982kg≈5.33×10－27kg 则m m 0＝5.33×10－270.91×10－30≈5 857(倍) (2)由质速关系m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2有v ＝1－⎝ ⎛⎭⎪⎫m 0m 2 c ≈0.999 999 985c .对点练习1．D [根据光速不变原理，在任何参照系中测量的光速都是c ，D 正确．] 2．约15 min解析设观测灯亮的时间为Δt ，则 Δt ＝Δt ′1－v 2c 2＝101－⎝⎛⎭⎪⎫0.75 c c2 min≈15 min.3．C [由l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2可知沿速度方向即x 轴方向的长度变短了，而垂直于速度方向，即y 轴上的边长不变，故C 对．] 4．B。

高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界学案鲁科版必修2

第1节高速世界1.初步了解爱因斯坦相对论的建立背景和方法，并理解爱因斯坦的两个基本假设原理． 2.了解相对论时空观的主要思想、两个原理、两个效应、两个关系，并能用其解决一些相关问题． 3.了解经典物理学的适用范围和局限性，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系．[学生用书P85]一、爱因斯坦的狭义相对论 1．两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c 都一样(c ＝3×108m/s)．2．两个效应 (1)时间延缓效应①在相对论时空观中，运动的时钟比静止的时钟走得慢． ②关系式： Δt ＝Δt ′1－v2c2，Δt 为运动时间，Δt ′为静止时间．(2)长度收缩效应①在相对于物体运动着的惯性系中，沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止的惯性系中测出的长度短．②关系式：l ′＝l 1－v 2c2. 3．两个关系 (1)质速关系当物体在所处的惯性系中静止时，质量m 0最小，称为静止质量．当物体相对于惯性系以v 运动时，在此惯性系内观测它的质量m ＝m 01－v2c2，物体的质量随速度的增大而增大，在低速运动中，质量的变化可以忽略．(2)质能关系按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系E ＝mc 2，称为质能关系式．物质的质量减少(或增加)时，必然伴随能量的减少(或增加)，其关系为ΔE ＝Δmc 2.(1)时间延缓效应是说时钟走得慢了．( )(2)长度收缩效应表明物体真实长度变小．( )(3)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化，这就是质速关系．( )提示：(1)×(2)×(3)×二、爱因斯坦的广义相对论1．爱因斯坦认为加速和引力对轨迹的弯曲是等效的，如果加速能使光线弯曲，那么引力也能使光线弯曲．2．按照广义相对论，光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了，引力不但影响空间，还影响时间，此影响可描述为时空弯曲．3．在宇宙中，物质质量大、密度高的区域时空弯曲大；物质稀少的地方，时空较“平直”．通常情况下，我们说光在同一种均匀介质中是沿直线传播的．广义相对论的观点是加速和引力能使光束轨迹弯曲．两者矛盾吗？提示：不矛盾．对“两个基本原理”和“两个效应”的理解[学生用书P85] 1．两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关．(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样．也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何，在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的光速都是相等的．2．两个效应(1)时间延缓效应①爱因斯坦曾预言，两个校准过的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些．这已被高精度的铯原子钟超高速环球飞行实验证实．②在相对论时空观中，运动时钟时间与静止时钟时间的关系：Δt＝Δt′1－v2c2.由于v<c，所以Δt>Δt′，即运动的钟比静止的钟走得慢．这种效应被称为时间延缓．(2)长度收缩效应①按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关．②观测长度l ′与静止长度l 之间的关系：l ′＝l 1－v 2c2，由于v <c ，所以l ′<l .这种长度观测效应被称为长度收缩．命题视角1 两个基本原理的考查(多选)设某人在以速度为0.1c 正向目标飞行的飞船上，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则( )A ．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.1cB ．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.9cC ．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速为cD ．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c[解析] 由爱因斯坦的狭义相对论可得到真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，故选项C 、D 正确．[答案] CD命题视角2 时间延缓效应的考查如图所示，a 、b 、c 为三个完全相同的时钟，a 放在水平地面上，b 、c 分别放在以速度v b 、v c 向同一方向飞行的两枚火箭上，且v b <v c ，则火箭c 上的观察者认为走得最慢的时钟为( )A ．aB ．bC ．cD ．无法确定[解析] 根据公式Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，相对于观察者的速度越大，其时间进程越慢，对于火箭c 上的观察者来说，v a >v ′b >v ′c ＝0，知a 时钟走得最慢．[答案] A命题视角3 长度收缩效应的考查在一个飞船上测得船的长度为100 m ，高度为10 m ，当飞船以0.60c 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？[解题探究] (1)公式l ′＝l 1－v 2c2中各符号的意义是什么？ (2)长度收缩发生在哪个方向？[解析] 因为长度收缩只发生在运动的方向上，在垂直于运动的方向上的长度没有这种效应，故飞船的高度仍为10 m ，若测得飞船的长度为l ，由长度收缩效应知l ＝l 0 1－v 2c2＝100×1－（0.60c ）2c2m ＝80 m. [答案] 10 m 80 m时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法(1)明确时间间隔的相对性公式中各量的含义，Δt 是在“静止的参考系”(通常将观察者所在的参考系看成是静止的)中测得的时间差，Δt ′是在相对于“静止参考系”为v 的“运动参考系”中测得的时间差．(2)“钟慢效应”或“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化．(3)运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了．相对论中“两个关系”的理解[学生用书P86]1．质速关系 (1)经典物理学的观点经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，与物体所在的位置、时间和运动的状态等均无任何关系．由牛顿第二定律F ＝ma 可知，物体能匀加速至光速，甚至超过光速，但这是不可能的．(2)相对论的观点由狭义相对论和其他物理原理可推出，物体的质量是变化的．当物体在所处的惯性参照系静止时，它具有最小的质量m 0，这个最小的质量叫做静止质量．当物体以速度v 相对某惯性参照系运动时，在这个惯性参照系观测到它的质量为m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2 .2．质能关系 (1)经典物理学的观点在经典物理学中，质量和能量是两个独立的概念． (2)相对论的观点由爱因斯坦的相对论及基本力学定律可推出质量和能量具有如下关系：E ＝mc 2或ΔE ＝Δmc 2.命题视角1 质速关系的考查如果真空中的光速为c ＝3×108m/s ，当一个物体以速度v 1＝2.4×108m/s 运动时，质量为3 kg.当它的速度为v 2＝1.8×108m/s 时，质量是多少？[解题探究] 公式m＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2中各符号的意义是什么？[解析] 根据m ＝m 01－v 2c2，得m 1＝m 01－v 21c 2①m 2＝m 01－v 22c2②解①②得m 2＝2.25 kg. [答案] 2.25 kg命题视角2 质能关系的应用一核弹含20 kg 的钚，爆炸后生成的静止质量比原来小1/10 000，求爆炸中释放的能量．[解题探究] 公式ΔE ＝Δmc 2中各符号的意义是什么？ [解析] 爆炸前后质量变化： Δm ＝110 000×20 kg ＝0.002 kg释放的能量为ΔE ＝Δmc 2＝0.002×(3×108)2J ＝1.8×1014J. [答案] 1.8×1014J(1)狭义相对论中质量相对性普遍存在，有的同学根据m ＝m 01－v 2c2，得到运动物体的质量总是随速度增加而增大，从而认为当速度达到光速时，质量要趋于无穷大，这种理解是错误的．(2)质量与能量之间存在一一对应关系，并没有相互转化．“光速不变”原理的应用[学生用书P87]光速不变原理表明：在一切惯性系中观测真空中传播的光，其传播速度均为c ，与光源或观察者的运动无关．这一结论实际上已被大量的实验证实．如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭B 是“追赶”光飞行的；火箭A 是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面的速度大小都为v ，则A 、B 两火箭上的观察者测出的光速分别为()A ．c ＋v ，c －vB ．c ，cC ．c －v ，c ＋vD ．无法确定[解析] 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理知，在任何惯性参考系中测得真空中的光速都一样，都为c ，所以B 正确．[答案]B[随堂检测][学生用书P87]1．关于狭义相对论和经典力学，下面说法中正确的是( ) A ．狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论 B ．狭义相对论和经典力学其实是同一理论C ．在物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对性理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律D ．上述说法都是错误的解析：选C.狭义相对论没有否定经典力学，在宏观、低速情况下，狭义相对论的结论与经典力学没有区别．2．(多选)用相对论的观点判断下列说法中正确的是( )A ．时间和空间都是绝对的，在任何参照系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时针会变快，但飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的C ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D ．当物体运动的速度v 远小于c 时，“长度收缩”和“时间延缓”效应忽略不计解析：选CD.时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A 项错；由Δt ＝Δt ′1－v 2c2知，在地面上看运动的时钟会变慢，故B 项错；由l ′＝l1－v 2c2可知两处的人都感觉l ′<l ，所以C 项正确；由时间延缓效应和长度收缩效应公式可知，当v 远小于c 时，时间延缓效应和长度收缩效应都可以忽略不计，故D 项正确．3．关于爱因斯坦质能关系式，下列说法中正确的是( ) A ．E ＝mc 2中的E 是物体以光速c 运动的动能 B ．E ＝mc 2中的E 是物体的核能C ．由E ＝mc 2可知，物体能将其所有的质量转化为能量D ．由ΔE ＝Δmc 2知，减少的质量Δm 转化成能量ΔE 放出解析：选D.爱因斯坦的质能关系式E ＝mc 2中，E 表示物体的能量(包括所有的能)，该式只说明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，不表示物体能将其所有质量转化为能量，A 、B 、C 错误．物体的能量增大了，质量也增大；能量减少了，质量也减少了，减少的质量将转化为相应的能量，D 正确．4．一个电子运动的速度为v ＝0.8c ，它的质量测量值m 是静止质量m 0的( ) A ．0.8倍 B ．0.6倍 C ．1.25倍D ．1.7倍解析：选D.根据质速关系m ＝m 01－v2c2，有m m 0＝11－v 2c2＝11－⎝ ⎛⎭⎪⎫0.8c c 2≈1.7，即选项D 正确．5．电子的静止质量m 0＝9.11×10－31kg.(1)求电子的静能量．(2)静止电子经过106V 电压加速后，其动能为1.6×10－13J ，其质量和速率各是多少？解析：(1)由质能关系E 0＝m 0c 2，得电子的静能量为E 0＝9.11×10－31×(3×108)2J ≈8.20×10－14J.(2)静止电子经106V 电压加速后，增加的能量 ΔE ＝1.6×10－13J由此增加的质量Δm ＝ΔE c 2＝1.6×10－13（3×108）2 kg ≈1.78×10－30kg 加速后的电子质量m ＝m 0＋Δm ≈2.69×10－30 kg ≈3m 0此时电子的速率由m ＝m 01－v 2c2，可得v ＝m 2－m 20m2c 2代入数值得v ≈0.94c . 答案：(1)8.20×10－14J (2)3m 0 0.94c[课时作业][学生用书P136(单独成册)]一、单项选择题1．属于狭义相对论的基本假设的是：在不同的惯性系中( ) A ．真空中光速不变 B ．时间间隔具有相对性 C ．物体的质量不变 D ．物体的能量与质量成正比解析：选A.本题不是简单地判断哪句话的说法正确，而是判断该句是否属于狭义相对论的“基本假设”，而狭义相对论的两条基本假设是光速不变原理和狭义相对性原理．光速不变原理表明，在一切惯性参考系中观测，光在真空中的传播速度大小都一样，等于3×108m/s ；狭义相对性原理的内容为：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式．选项A 符合题意．2．日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体运动状态的变化而变化，其原因是( )A ．运动中的物体无法称量质量B ．物体的速度远小于光速，质量变化极小C ．物体的质量太大D ．物体的质量不随速度的变化而变化解析：选B.在日常生活中，物体的速度v ≪c ，根据m ＝m 01－v 2c2可知物体的质量变化极小，故选项B 正确．3．有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是( )A ．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B ．弟弟思念哥哥而加速生长C ．由相对论可知，物体速度越大，其时间进程越慢，生理进程也越慢D ．这是神话，科学无法解释解析：选C.根据公式Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，物体的速度越大，其时间进程越慢．4．设某人在以速度为0.5c 的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是( ) A ．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B ．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C ．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5cD ．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：选D.由爱因斯坦的狭义相对论——光速不变原理可得，真空中的光速在不同的惯性参照系中都是相同的．所以在地面上的观察者看到的光速都是相等的．所以A 、B 、C 错误，D 正确．5．一列火车以接近光速从我们身边飞驰而过，我们会感到车厢、车窗变窄了，而车厢、车窗的高度没有变化，那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会( )A ．变小B ．变大C ．不变D ．都有可能解析：选A.火车相对地面向前飞驰，如果以火车为参照系，地面向后飞驰，由长度收缩效应l ′＝l1－v 2c2知电线杆间距变小． 6．如图所示，强强乘速度为0.9c (c 为真空中的光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．1.0c解析：选D.根据爱因斯坦的狭义相对论，在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都等于c .故选项D 正确．二、多项选择题7．关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是( ) A ．方程表明，物体具有的能量跟它的质量成正比B ．方程表明，物体质量增大，能量也增大；质量减小，能量也减小C ．方程表明，物体的质量减小，能量会增加，即在一定条件下质量可以转化为能量D ．方程表明，物体的质量减小，能量也会减小，即在一定条件下质量可以转化为能量解析：选ABD.由E ＝mc 2知，E ∝m ，A 正确；质量增大，能量增大，质量减小，能量减小，减小的质量以能量的形式散失，B 、D 均正确，C 错误．8．对于公式m ＝m 01－v 2c2，下列说法中正确的是( )A ．公式中的m 0是物体以速度v 运动时的质量B ．当物体的运动速度v >0时，物体的质量m >m 0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用C ．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D ．通常由于物体的运动速度很小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化解析：选CD.公式中的m 0是物体静止时的质量，选项A 错误；在v 远小于光速c 时，一些质量的变化不明显，经典力学依然成立，选项B 错误，选项C 、D 正确．9．在引力可以忽略的空间里有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，则下列说法中正确的是( )A ．飞船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B ．飞船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C ．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D ．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的解析：选AD.由相对论原理可知物理规律在一切惯性系中都相同，故选项A 正确，B 错误．由广义相对论原理可知选项C 错误，D 正确．三、非选择题10．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向上长度缩短了．一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90 m ，相对地面以v ＝0.8c 的速度在一观测站的上空飞过．(1)观测站的观测人员测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为多少？解析：(1)观测站观测员测得船身的长度为L ＝L 01－v 2c2＝901－0.82m ＝54 m 通过观测站的时间间隔为Δt ＝L v＝2.25×10－7s. (2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt ′＝L 0v＝3.75×10－7s.答案：(1)2.25×10－7s (2)3.75×10－7s11．设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k 倍，试求： (1)粒子运动时的质量与其静止质量的比值； (2)粒子运动速度与光速的比值．解析：(1)由E ＝mc 2，得m m 0＝E E 0＝k 即运动质量与静止质量的比值为k . (2)由m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2得mm 0＝11－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝k11 解得v c ＝k 2－1k ，即运动速度与光速的比值为k 2－1k. 答案：(1)k (2)k 2－1k12．太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，在不断地辐射能量，因而其质量也不断地减少．若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026 J ，试计算太阳在1 s 内失去的质量．估算5 000年内总共减少了多少质量，并求5 000年内减少的质量与太阳的总质量2×1027 t 的比值．解析：由太阳每秒钟辐射的能量ΔE 可得其每秒内失去的质量为：Δm ＝ΔE c 2＝4×1026（3×108）2 kg ＝49×1010 kg ≈4.4×109 kg. 在5 000年内太阳总共减少的质量为ΔM ＝Δm ·t ＝49×1010×5 000×24×365×3 600 kg ≈7×1020 kg. 与太阳的总质量比值为k ＝ΔM M ＝7×10202×1027×103＝3.5×10－10. 答案：4.4×109 kg 7×1020 kg 3.5×10－10。

高中物理第6章相对论与量子论初步第2讲量子世界学案鲁科版必修2

第2讲量子世界[目标定位] 1.通过对简单现象的探究，理解热辐射、黑体、能量子等概念.2.了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性.3.了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性.4.了解德布罗意的物质波假说及意义．一、“紫外灾难”1．热辐射：因物体中的______________受到激发而发射出________的现象，称为热辐射．物体在任何温度下都会发生热辐射现象．2．黑体：黑体是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想化模型，它是一个能______________热辐射而________热辐射的物体．3．“紫外灾难”：(1)实验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射波______和______有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波________、________之间关系的实验曲线．(2)“紫外灾难”：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与实验曲线______．这个与实验不符的结果出现在紫外区．想一想是否只有高温物体才能辐射出电磁波？二、不连续的能量1．普朗克的量子说(1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的．(2)含义：物体辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的________．E＝____ (n＝0,1,2,3，…)(3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子．量子能量的大小取决于辐射的______，量子的能量ε与______成正比．ε＝hν，公式中h＝________________，称为普朗克常量．普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征．2．量子(化)含义所谓量子(或量子化)，本质是____________．三、物质的波粒二象性1．物理学史(1)光的微粒说的创始人是______，可以解释________、____________等．(2)光的波动说的代表人物是________．(3)光量子假设的提出者是____________，直到________的发现才验证了光量子假说的正确性．2．光的本质：光具有____________，它在一定条件下，突出地表现出________，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出________．3．物质波：物理学家德布罗意进一步提出了________理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着________，这种波被称为物质波，又称为________，戴维孙、革末及汤姆孙的____________实验证实了物质波的存在．4．结论：光与静止质量不为零的物质都具有____________．想一想如何理解光的波粒二象性？一、热辐射和能量量子化1．热辐射在任何温度下，任何物体都会发射电磁波．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．这是热辐射的一种特性．同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高．温馨提示热辐射是热传递的一种方式，它的特点是热不凭借其他物体即可直接传播．2．量子化假设普朗克提出物质辐射(或吸收)的能量E 只能是某一最小能量单位的整数倍，E ＝n ε，n ＝1,2,3…，n 叫做量子数．量子的能量：ε＝h ν＝hc λ.式中h 为普朗克常数(h ＝6.63×10－34 J·s)是微观现象量子特征的表征，ν为频率，c 为真空的光速，λ为光波的波长．3．原子的能量分布(1)原子只能处于一系列不连续的能量状态中．(2)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道，即电子的轨道半径是不连续的．(3)原子的能量状态变化时，要吸收(或辐射)一定频率的光的能量h ν，因此原子光谱是不连续的．4．量子假说的“灵魂”有不连续性温馨提示在宏观世界中，量子化现象几乎显示不出来，因此它的状态变化是连续的，由于在微观世界中主要特征是量子化的，因此在宏观世界中总结出来的规律不能适用于微观世界．例1 关于量子假说，下列说法正确的是( )A ．为了解决黑体辐射的理论困难，爱因斯坦提出了量子假说B ．量子假说第一次提出了不连续的概念C ．能量的量子化就是能量的不连续化D ．量子假说认为电磁波在空间的传播是不连续的例2 太阳光垂直照射到地面上时，地面上1 m 2接受太阳光的功率为1.4 kW ，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长约为0.55 μm ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，求地面上1 m 2面积上每秒接收到的可见光的光子数．思路分析先求每个光子的能量―→据能量守恒列公式―→求解结论二、对波粒二象性的理解1．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝h ν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．4．对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．5．实物粒子与波(1)1924年，法国青年物理学家德布罗意在光具有波粒二象性的启发下，提出了一个大胆的观点：一切实物粒子(如电子、原子、分子等)都具有波粒二象性．德布罗意把实物粒子所对应的波叫物质波，又称为德布罗意波．波长表达式为λ＝h p，其中λ是波长，p ＝mv 称为动量，h 为普朗克常数．(2)物质的波粒二象性在实践中的应用电子显微镜的水平分辨率为0.2 nm ，垂直分辨率为0.1 nm.达到了原子尺度，如利用铁原子排成原子围栏．温馨提示 1.微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性，但极不明显．2．光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把光当成宏观概念中的波和粒子．光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时显示粒子性．例3 关于光的本性，下列说法中正确的是( )A ．光子说并没有否定光的电磁说B ．光电效应现象反映了光的粒子性C ．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的D ．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性针对训练下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A ．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性紫外灾难1．黑体辐射的“紫外灾难”是指( )A．紫色的自然灾害B．实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故称黑体辐射的“紫外灾难”C．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫外线D．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫色不连续的能量2．最早提出量子假说的物理学家是( )A．爱因斯坦B．牛顿C．开普勒 D．普朗克物质的波粒二象性3．下列说法正确的是( )A．光是一种电磁波B．光是一种概率波C．光子相当于高速运动的质点D．光的直线传播只是宏观近似规律答案精析第2讲量子世界预习导学一、1.分子、原子电磁波2．完全吸收不反射3．(1)波长温度波长λ温度T(2)不符想一想物体在任何温度下(包括0 ℃以下)都会辐射各种波长的电磁波．只是物体的辐射强度按波长分布情况不同．二、1.(2)整数倍nε(3)波长频率ν 6.63×10－34J·s2．不连续性三、1.(1)牛顿光的反射光的颜色(2)惠更斯(3)爱因斯坦康普顿2．波粒二象性微粒性波动性3．物质波一种波概率波电子衍射4．波粒二象性想一想光既具有波动性又具有粒子性．大量光子产生的效果显示出波动性，个别(或少量)光子产生的效果显示粒子性；频率低、波长长的光，波动性显著，而频率高、波长短的光，粒子性显著．课堂讲义例1 B C [量子假说由普朗克提出，认为电磁波的发射和吸收都是不连续的，是一份一份进行的．它不但解决了黑体辐射的理论困难，而且更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学上崭新的一页，选项B、C正确．]例2 1.74×1021个解析由光子能量与波长的关系可求出每个光子的能量，由总能量与每个光子的能量关系求出光子数．每个光子的能量ε＝h cλ设地面上1 m2每秒钟接收到n个光子有0.45P＝nε则n＝0.45 Pλhc＝0.45×0.55×10－6×1.4×1036.63×10－34×3×108＝1.74×1021 (个)．例3 AB [光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的．]针对训练 C对点练习1．B [实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，随着波长变短，即向紫外区延伸时，计算的结果与实验曲线严重不符，该结果出现在紫外区，称其为黑体辐射的“紫外灾难”，故B正确，A、C、D错误．]2．D [普朗克是量子力学的奠基者，被称为量子力学之父．]3．ABD [不能把光波看做是宏观力学中的介质波、连续波，它实质上是电磁波、概率波；也不能把光子看做宏观世界中的实物粒子、质点．]。

2019-2020学年高中物理第6章相对论与量子论初步本章优化总结学案鲁科版必修2

本章优化总结[学生用书P91]狭义相对论问题的综合应用[学生用书P91] 1．解决“同时”的相对性问题，可从三个方向入手(1)令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化．(2)结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间．(3)光先传播到的事件先发生，光后传播到的事件后发生．2．解决长度的相对性问题，应当注意(1)“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，这是一种测量结果的不同，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动的速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著．(2)在具体计算中要明确，长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩，在垂直于运动方向上的长度没有变化．3．解决时间间隔的相对性应注意(1)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，而不是时钟的结构或精度因运动而发生了变化．(2)运动时钟变慢完全是相对的，在它们上面的观察者都将发现对方的钟变慢了．4．理解狭义相对论的关键是在观念上要有所转变，这种转变是人们对客观存在的重新认识所必需的．在牛顿时期，由于人们观测客观现象受到一定的限制，所以建立了牛顿力学的绝对时空观，即时间和空间不因参考系的选择而改变．随着科学技术的发展，观测手段的提高，人们发现牛顿力学具有一定的局限性，这就要求我们改变原有的传统观念．只有这样，我们才能理解爱因斯坦两个假设的思路以及由这两个假设所得到的一些结论、公式的物理意义．某人测得一静止棒长为l 0，质量为m 0，从而求得此棒线密度为ρ(即单位长度质量)．若此棒以速度v 沿自身长度方向运动，此人再测棒的线密度应为多少？若棒在垂直自身长度方向上运动，它的线密度又为多少？[解析] 当棒沿自身长度方向运动时m ′＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2， l ′＝l 0·1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2ρ′＝m ′l ′＝m 0l 0·1⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 22＝ρ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2.当棒在垂直自身长度方向上运动时m ″＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，l ″＝l 0，所以ρ″＝m ″l ″＝ρ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2 .[答案]ρ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2ρ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2根据相对论的时空观可知，时间和空间不是脱离物质而存在的，时间和空间会随物体运动速度的变化而变化，应用公式进行计算时，要正确理解公式中各符号的意义．1.惯性系S 中有一边长为l 的正方形(如图A 所示)，从相对S 系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )解析：选C.在运动方向上物体长度有收缩效应，观测的长度l 变小，在垂直于运动的方向上不发生长度收缩效应，所以测得的图象是C.对光的本性认识的历程归纳[学生用书P92]学说代表人物学说内容成功之处(能解局限性释的现象)微粒说牛顿光是从光源射出的具有高速的粒子流光的直线传播、反射、折射、光的颜色等现象不能解释光的干涉、衍射等现象波动说惠更斯光像水波一样，也是一种波，具有波的一切特性光具有干涉、衍射等波的特性将光波等同于机械波电磁说麦克斯韦光是一种电磁波光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等现象不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质光子说爱因斯坦光是不连续的、分成许多单元的、具有一定能量的物质，这些单元叫光量子(光子)几乎所有光现象人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的叙述不符合科学规律或历史事实的是( )A．牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说本质上是一样的B．光的干涉实验证明了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性[解析] 现代物理学中的波粒二象性是爱因斯坦光子说与麦克斯韦电磁说的统一，与牛顿的微粒说本质上是不一样的，A说法错误；光的干涉实验证实光具有波动性，B说法正确；麦克斯韦提出电磁场理论后，预言光是一种电磁波，C说法正确；光的本质是具有波粒二象性，D说法正确．故选A.[答案] A2.(多选)下列说法中正确的是( )A．光的波粒二象性学说是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁场理论C．光子学说并没有否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性D．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是个别光子运动规律的一种几率波解析：选CD.解答本题必须掌握一定的物理学史，了解波粒二象性学说的由来及与其他学说的区别与联系．现在人们对光的普遍认识是受波动规律支配的几率波．。

高中物理相对论和量子论教案鲁科版必修2

相对论和量子论本节内容比较枯燥无味，是一些纯理论性的内容。

本节的重点、难点是相对论和量子论的内容和意义。

鉴于本节理论性比较强的特点，应该借助物理学方面比较丰富的课外资料、图片、人物等资料，注重探究学习，善于从不同的角度发现问题，积极探索解决问题的方法。

同时鼓励学生主动参与、学会学习的过程，以调动学生的学习积极性，培养学生思考、分析问题的能力。

得者，他所创立的相对论推动了量子理论的发展，为核能开发奠定了理论基础，成为继伽利略、牛顿之后又一位伟大的科学家、思想家。

⒉相对论⑴含义：是现代物理学的理论基础之一，是由爱因斯坦创立并与其他物理学家一起发展、完善的科学理论，包括狭义相对论和广义相对论两部分。

其中狭义相对论创立于1905年，广义相对论创立于1916年。

(2)狭义相对论：①狭义相对论的根基：一是相对性原理；二是光速不变原理②内容：运动着的尺子要缩短；运动着的时钟要变慢；光速是物质运动的极限速度；物体的质量是一个变量，它随着物质运动速度的增加而增加。

③意义：它引起了人类时空观的一次重大变革，科学地揭示了时间和空间的内在联系，以及时空同物质运动的内在联系，将伽利略以来的绝对时空观发展到相对时空观。

(3) 广义相对论：在狭义相对论的基础上，爱因斯坦提出了任何坐标变换都是协变的引力场方程，从而确立了广义相对论。

至此整个相对论体系形成。

3.相对论的意义①以其开拓创新精神为物理学的发展开辟了广阔道路，引起了一场深刻物理学革命，同量子论一起，促进了现代科学技术的突破性发展。

②揭示了空间和时间的辩证关系，把时间、空间和物质联系起来，加深了人们对物质和运动的认识，创立了新的时空观，进一步证明了恩格斯关于空间和时间是物质存在的形式这一论断。

③他关于质量和能量具有相当性的质能关系定律，揭示了原子内部蕴藏巨大核能的秘密，为人类和平利用核能展现了广阔前景。

④它的新的时空观和引力场理论等，为现代天体物理学和宇宙学奠定了重要的理论基础。

(鲁科版)高中物理必修2课件第6章相对论与量子论初步 6.1

2．时间延缓效应：_运__动__的时钟比_静__止__的时钟走得慢，这就是时间延缓．
(1)相对性：同一个物理过程经历的时间，在不同的_惯__性__系__中观测，测得的
结果_不__同__，这是_相__对__论__时空观的体现，是一种观测效应．
(2)关系式：Δt＝ Δ1t′－vc22，其中
1－vc22叫做__因__子___
而不适用于高速运动
D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉．在分
析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
解析：公式 m＝
m1－0 vc22中，m0 为物体静止的质量，m 是物体速度为 v 时
的质量，故 A 错；当 v 接近光速时，经典力学不适用，B 错误；物体速度远小于
光速时，质量的变化可以忽略不计，即经典力学适用于低速，不适用于高速，C
二、时间延缓效应 1．经典物理学的观点经典物理学认为，某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们发生的时间差，也就是它们的时间间隔，总是相同的，即时间是绝对的．也就是说时间的测量与运动无关，时间间隔是一个不变量．这就是经典物理学的绝对时空观．
物理必修2
第6•章1、所有相高尚对教育论的与课程量表子里都论不能初没步有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。
四、质速关系 1．经典物理学的观点经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，与物体所在的位置、时间和运动的状态等均无任何关系．但由牛顿第二定律 F＝ma 可知，物体将匀加速至光速，甚至超过光速．但这是不可能的．
2．相对论的观点质速关系：当物体在所处的惯性参照系中静止时，质量 m0 最小，称为 _静__止__质__量___当物体相对于惯性系以 v 运动，在此惯性系内观测它的质量 m＝ m1－0 vc22，物体质量的观测值会随着_速__度__的增大而_增__大__，在低速运动中，质量的变化可以_忽__略_____

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6章相对论与量子论初步第1节高速世界学案鲁科版必修二

2017_2018学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界教学案鲁科版必修2

高一物理鲁科版必修2 第6章相对论与量子论初步 优化总结 课件(10张)

高中物理第6章相对论与量子论初步 研究性学习 鲁科版 必修2

高中物理 第6章 第2节 量子世界知识探究 鲁科版必修2