第6章 第1節(jié)　高速世界 第2節(jié)　量子世界

1、.第1節(jié)高速世界第2節(jié)量子世界學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解高速世界的兩個根本原理，知道時間延緩、長度縮短、質(zhì)速關系、質(zhì)能關系和時空彎曲，能應用相對論知識解釋簡單的現(xiàn)象重點2.理解經(jīng)典物理學的局限性，知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關系重點3.理解普朗克“量子假說的背景和“量子假說的主要內(nèi)容，體會經(jīng)典力學的局限性.4.理解愛因斯坦“光量子說的含義，知道光具有波粒二象性難點愛 因 斯 坦 的 狹 義 相 對 論1兩個根本原理1相對性原理所有物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有一樣的形式2光速不變原理在一切慣性參照系中，測量到的真空中的光速c都一樣c3×108 m/s2兩個效應1時間

2、延緩效應在相對論時空觀中，運動的時鐘比靜止的時鐘走得慢關系式為t，t為運動時間，t為靜止時間2長度收縮效應在相對于物體運動著的慣性系中沿運動方向測出的物體長度，比在相對靜止的慣性系中測出的長度變小關系式： ll.3兩種關系1質(zhì)速關系在經(jīng)典力學中，物體的質(zhì)量與物體的運動無關但在相對論中，運動物體的質(zhì)量隨其運動速度的變化而變化關系式：m其中m為物體的運動質(zhì)量，m0為靜止質(zhì)量，v為物體相對慣性系的運動速度2質(zhì)能關系按照相對論及根本力學定律可推出質(zhì)量和能量有如下關系：Emc2，這就是著名的質(zhì)能關系式質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可別離的屬性，當物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時，必然伴隨著能量的減少或增加，其關系為Emc2.

3、1汽車運動時沒發(fā)現(xiàn)長度變化，故狹義相對論是錯誤的×2由質(zhì)能關系可知，質(zhì)量就是能量，能量也就是質(zhì)量，二者無區(qū)別×3時鐘延緩效應是低速的時鐘比高速的時鐘走得慢×假如你使一個物體加速、加速、再加速，它的速度會增加到等于光速甚至大于光速嗎？【提示】不能因為物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，假假設物體的速度趨近于光速，這時物體的質(zhì)量會趨近于無窮大，故不可能把物體的速度增大到等于光速，當然更不可能大于光速，因為光速是速度的最大值1半人馬星座星是離太陽系最近的恒星，它距地球為4.3×1016 m設有一宇宙飛船自地球往返于半人馬星座星之間1假設宇宙飛船的速率為0.999c，

4、按地球上時鐘計算，飛船往返一次需要時間為_s.2如以飛船上時鐘計算，往返一次的時間為_s.【解析】1由于題中恒星與地球的間隔 s和宇宙飛船的速度v均是地球上的觀察者測量的，故飛船往返一次，地球時鐘所測時間間隔t2.87×108 s.2可從相對論的時間延緩效應考慮把飛船分開地球和回到地球視為兩個事件，顯然飛船上的鐘測出兩事件的時間間隔t是固定的，地球上所測的時間間隔t與t之間滿足時間延緩效應的關系式以飛船上的時鐘計算，飛船往返一次的時間間隔為tt1.28×107 s.【答案】12.87×108 s21.28×107 s2一支靜止時長l的火箭以v的速度從觀察

5、者的身邊飛過1火箭上的人測得火箭的長度應為_2觀察者測得火箭的長度應為_3假如火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測得火箭的長度應為_. 【導學號：45732162】【解析】1火箭上的人測得的火箭長度與火箭靜止時測得的長度一樣，即為l.2火箭外面的觀察者看火箭時，有相對速度v，測量長度將變短，由相對論長度收縮效應公式知ll，其中c為真空中的光速3將v代入長度收縮效應公式得ll.【答案】1l2l3l3太陽內(nèi)部不停地發(fā)生著劇烈的熱核反響，在不斷地輻射能量因此其質(zhì)量也不斷地減少假設太陽每秒鐘輻射的總能量為4×1026 J，試計算太陽在1 s內(nèi)失去的質(zhì)量為_kg.【解析】由太陽每秒鐘輻射的能量

6、E可得其每秒內(nèi)失去的質(zhì)量為：mkg×1010kg4.4×109 kg.【答案】4.4×109量 子 化 理 論1量子假說的內(nèi)容1物質(zhì)輻射或吸收的能量E只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍，即Enn1,2,3，2輻射是由一份份的能量組成的，一份能量叫做一個量子量子的能量大小取決于輻射的波長，量子的能量與頻率成正比，即hh，h為普朗克常數(shù)h6.63×1034 J·s2量子化本質(zhì)是不連續(xù)性，在微觀世界里，量子化或不連續(xù)性是明顯的微觀物質(zhì)系統(tǒng)的存在是量子化的，物質(zhì)之間傳遞的互相作用量是量子化的，物體的狀態(tài)及其變化也是量子化的3光的本質(zhì)光具有波粒二象性，它在一

7、定條件下，突出地表現(xiàn)出微粒性，本質(zhì)是不連續(xù)性；而在另一些條件下，又突出地表現(xiàn)出波動性，因此，光具有波粒二象性1運動的物體具有波粒二象性，而靜止的物體不具有波粒二象性×2所謂量子或量子化，本質(zhì)是不連續(xù)性3光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著平時生活中，為什么很難碰到量子化的現(xiàn)象？【提示】量子化在微觀世界里表現(xiàn)明顯，在宏觀世界里表現(xiàn)不明顯討論1：黑體輻射的才能與什么因素有關？“紫外災難給科學家怎樣的啟示？【提示】1黑體輻射的才能與黑體的輻射波波長和溫度有關2在黑體輻射中，由于經(jīng)典的理論與某些實驗結果不相符，這就啟發(fā)了科學家們必須探究一種新的理論，用新的理論去解釋實驗，從

8、而推動了科學的開展討論2：光既具有粒子性，又具有波動性，光的粒子性及波動性表如今哪些方面？【提示】光的粒子性表現(xiàn)為光的反射、光的折射等，光的波動性表現(xiàn)為光的干預、衍射等1量子化假設：普朗克提出物質(zhì)輻射或吸收的能量只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍，En，n1,2,3，n叫作量子數(shù)量子的能量h.式中h為普朗克常數(shù)h6.63×1034 J·s，是微觀現(xiàn)象量子特征的表征，為頻率，c為真空中的光速，為光波的波長2量子化：量子化的“靈魂是不連續(xù)在宏觀領域中，這種量子化或不連續(xù)性相對于宏觀量或宏觀尺度極微小，完全可以忽略不計，但在微觀世界里，量子化或不連續(xù)是明顯的，微觀物質(zhì)系統(tǒng)的存在、物體

9、之間傳遞的互相作用量、物體的狀態(tài)及變化等都是量子化的3光的波粒二象性1大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性2光子的能量與其對應的頻率成正比，而頻率是波動性特征的物理量，因此h，提醒了光的粒子性和波動性之間的親密聯(lián)絡3對不同頻率的光子，頻率低、波長長的光，波動性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著4人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能覺察普朗克常量為6.63×1034 J·s，光速為3.0×108 m/s，那么人眼能覺察到綠光時所接收到的最小功率是A2.3×1018 WB3.8×1019 WC7.0×1010 W D1.2×1018 W【解析】因每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，所以覺察到綠光所接收的最小功率P，式中E6，又hh，可解得P W2.3×1018 W.【答案】A5為了驗證光具有波動性，某同學采用以下做法，其中可行的是 【導學號：45732163】A讓一束光照射到一個輕小物體