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(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解高速世界的兩個(gè)根本原理，知道時(shí)間延緩、長(zhǎng)度縮短、質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系和時(shí)空彎曲，能應(yīng)用相對(duì)論知識(shí)解釋簡(jiǎn)單的現(xiàn)象重點(diǎn)2.理解經(jīng)典物理學(xué)的局限性，知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀之間的關(guān)系重點(diǎn)3.理解普朗克“量子假說(shuō)的背景和“量子假說(shuō)的主要內(nèi)容，體會(huì)經(jīng)典力學(xué)的局限性.4.理解愛(ài)因斯坦“光量子說(shuō)的含義，知道光具有波粒二象性難點(diǎn)愛(ài) 因 斯 坦 的 狹 義 相 對(duì) 論1兩個(gè)根本原理1相對(duì)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?cè)碓谝磺袘T性參照系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣c3×108 m/s2兩個(gè)效應(yīng)1時(shí)間

2、延緩效應(yīng)在相對(duì)論時(shí)空觀中，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘比靜止的時(shí)鐘走得慢關(guān)系式為t，t為運(yùn)動(dòng)時(shí)間，t為靜止時(shí)間2長(zhǎng)度收縮效應(yīng)在相對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)著的慣性系中沿運(yùn)動(dòng)方向測(cè)出的物體長(zhǎng)度，比在相對(duì)靜止的慣性系中測(cè)出的長(zhǎng)度變小關(guān)系式： ll.3兩種關(guān)系1質(zhì)速關(guān)系在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量與物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)但在相對(duì)論中，運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量隨其運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化關(guān)系式：m其中m為物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，m0為靜止質(zhì)量，v為物體相對(duì)慣性系的運(yùn)動(dòng)速度2質(zhì)能關(guān)系按照相對(duì)論及根本力學(xué)定律可推出質(zhì)量和能量有如下關(guān)系：Emc2，這就是著名的質(zhì)能關(guān)系式質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可別離的屬性，當(dāng)物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時(shí)，必然伴隨著能量的減少或增加，其關(guān)系為Emc2.

3、1汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)沒(méi)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度變化，故狹義相對(duì)論是錯(cuò)誤的×2由質(zhì)能關(guān)系可知，質(zhì)量就是能量，能量也就是質(zhì)量，二者無(wú)區(qū)別×3時(shí)鐘延緩效應(yīng)是低速的時(shí)鐘比高速的時(shí)鐘走得慢×假如你使一個(gè)物體加速、加速、再加速，它的速度會(huì)增加到等于光速甚至大于光速嗎？【提示】不能因?yàn)槲矬w的質(zhì)量隨速度的增大而增大，假假設(shè)物體的速度趨近于光速，這時(shí)物體的質(zhì)量會(huì)趨近于無(wú)窮大，故不可能把物體的速度增大到等于光速，當(dāng)然更不可能大于光速，因?yàn)楣馑偈撬俣鹊淖畲笾?半人馬星座星是離太陽(yáng)系最近的恒星，它距地球?yàn)?.3×1016 m設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人馬星座星之間1假設(shè)宇宙飛船的速率為0.999c，

4、按地球上時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需要時(shí)間為_(kāi)s.2如以飛船上時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間為_(kāi)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(cè)量的，故飛船往返一次，地球時(shí)鐘所測(cè)時(shí)間間隔t2.87×108 s.2可從相對(duì)論的時(shí)間延緩效應(yīng)考慮把飛船分開(kāi)地球和回到地球視為兩個(gè)事件，顯然飛船上的鐘測(cè)出兩事件的時(shí)間間隔t是固定的，地球上所測(cè)的時(shí)間間隔t與t之間滿足時(shí)間延緩效應(yīng)的關(guān)系式以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次的時(shí)間間隔為tt1.28×107 s.【答案】12.87×108 s21.28×107 s2一支靜止時(shí)長(zhǎng)l的火箭以v的速度從觀察

5、者的身邊飛過(guò)1火箭上的人測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為_(kāi)2觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為_(kāi)3假如火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為_(kāi). 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732162】【解析】1火箭上的人測(cè)得的火箭長(zhǎng)度與火箭靜止時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度一樣，即為l.2火箭外面的觀察者看火箭時(shí)，有相對(duì)速度v，測(cè)量長(zhǎng)度將變短，由相對(duì)論長(zhǎng)度收縮效應(yīng)公式知ll，其中c為真空中的光速3將v代入長(zhǎng)度收縮效應(yīng)公式得ll.【答案】1l2l3l3太陽(yáng)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(shè)太陽(yáng)每秒鐘輻射的總能量為4×1026 J，試計(jì)算太陽(yáng)在1 s內(nèi)失去的質(zhì)量為_(kāi)kg.【解析】由太陽(yáng)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(shuō)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(gè)量子量子的能量大小取決于輻射的波長(zhǎng)，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(dòng)性，因此，光具有波粒二象性1運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著平時(shí)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(guān)？“紫外災(zāi)難給科學(xué)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(zhǎng)和溫度有關(guān)2在黑體輻射中，由于經(jīng)典的理論與某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符，這就啟發(fā)了科學(xué)家們必須探究一種新的理論，用新的理論去解釋實(shí)驗(yàn)，從

8、而推動(dòng)了科學(xué)的開(kāi)展討論2：光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，光的粒子性及波動(dòng)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(dòng)性表現(xiàn)為光的干預(yù)、衍射等1量子化假設(shè)：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(zhǎng)2量子化：量子化的“靈魂是不連續(xù)在宏觀領(lǐng)域中，這種量子化或不連續(xù)性相對(duì)于宏觀量或宏觀尺度極微小，完全可以忽略不計(jì)，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(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性2光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比，而頻率是波動(dòng)性特征的物理量，因此h，提醒了光的粒子性和波動(dòng)性之間的親密聯(lián)絡(luò)3對(duì)不同頻率的光子，頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著；而頻率高、波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著4人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能覺(jué)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(jué)察到綠光時(shí)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(gè)綠光的光子射入瞳孔，所以覺(jué)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(yàn)證光具有波動(dòng)性，某同學(xué)采用以下做法，其中可行的是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732163】A讓一束光照射到一個(gè)輕小物體