高速世界 　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 標知 識 脈 絡(luò)1.了解高速世界的兩個基本原理，知道時間延緩、長度縮短、質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系和時空彎曲，能應(yīng)用相對論知識解釋簡單的現(xiàn)象(重點)2.了解經(jīng)典物理學(xué)的局限性，知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關(guān)系(重點)3.了解普朗克“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(xué)的局限性.4.了解愛因斯坦“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1兩個基本原理(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相同的形式(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(c3×10

2、8 m/s)2兩個效應(yīng)(1)時間延緩效應(yīng)在相對論時空觀中，運動的時鐘比靜止的時鐘走得慢關(guān)系式為t，t為運動時間，t為靜止時間(2)長度收縮效應(yīng)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(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)量與物體的運動無關(guān)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(guān)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(guān)系按照相對論及基本力學(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)不可分離的屬性，當物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時，必

3、然伴隨著能量的減少或增加，其關(guān)系為Emc2.1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(guān)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(yīng)是低速的時鐘比高速的時鐘走得慢(×)如果你使一個物體加速、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，假若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(shè)有一宇宙飛船自地球往返

4、于半人馬星座星之間(1)若宇宙飛船的速率為0.999c，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距離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(yīng)考慮把飛船離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(yīng)的關(guān)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】(1)2.87×108 s

5、(2)1.28×107 s2一支靜止時長l的火箭以v的速度從觀察者的身邊飛過(1)火箭上的人測得火箭的長度應(yīng)為_(2)觀察者測得火箭的長度應(yīng)為_(3)如果火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測得火箭的長度應(yīng)為_. 【導(dǎo)學(xué)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相同，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(yīng)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(yīng)公式得ll.【答案】(1)l(2)l(3)l3太陽內(nèi)部不停地發(fā)生著劇烈的熱核反應(yīng)，在不斷地輻射能量因而其質(zhì)量也不斷地減少若太陽每秒鐘輻射

6、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En(n1,2,3，)(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·s)2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

7、觀物質(zhì)系統(tǒng)的存在是量子化的，物質(zhì)之間傳遞的相互作用量是量子化的，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，它在一定條件下，突出地表現(xiàn)出微粒性，實質(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)不明顯探討1：黑體輻射的能力與什么因素有關(guān)？“紫外災(zāi)難”給科學(xué)家怎樣的啟示？【提示】(1)黑體輻射的能

8、力與黑體的輻射波波長和溫度有關(guān)(2)在黑體輻射中，由于經(jīng)典的理論與某些實驗結(jié)果不相符，這就啟發(fā)了科學(xué)家們必須探索一種新的理論，用新的理論去解釋實驗，從而推動了科學(xué)的發(fā)展探討2：光既具有粒子性，又具有波動性，光的粒子性及波動性表現(xiàn)在哪些方面？【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)為光的干涉、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2量子化：量子化的“

9、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、物體之間傳遞的相互作用量、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(yīng)的頻率成正比，而頻率是波動性特征的物理量，因此h，揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系(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，眼睛就能察覺普朗克常量為6.63×1034 J·s，光速為3.0×108 m/s，則人眼能察覺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，所以察覺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(xué)采用下列做法，其中可行的是() 【導(dǎo)學(xué)號：45732163】A讓一束光照射到一