学沪科版必修2 6.4微观世界与量子论 课件（4）(38张）.ppt

6 4微观世界与量子论 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 6 4 课标定位 学习目标 1 理解相对论时空观 灵活运用质能关系分析解决问题 2 理解光电效应和光的波粒二象性 理解氢原子光谱 重点难点 重点 1 爱因斯坦的质能关系和质量公式 2 光电效应的实验探究和分析论证及光谱的分析论证 难点 1 爱因斯坦的质量公式和质能关系 2 光电效应的实验探究及与电磁理论的矛盾 课前自主学案 一 爱因斯坦的时空观1 同时的相对性 同时性 在惯性系中 在低速时是没有疑问的 例如一列火车在做匀速直线运动 在某车厢中的中点一个人点燃一支蜡烛 他看到车厢前后两壁是 被照亮的 地面上的人也应认为前后壁都是被 照亮的 但有了光速不变原理时 情况就不一样了 当火车速度较大时 地面上的人将认为光先到达后壁 而后到达前壁 这就是 同时的相对性 同时 同时 2 时空的相对性假如有一个事件p发生 在参考系a中的坐标为 x y z 发生的时间为t 在以速度v运动的参考系b中的坐标为 x y z 发生的时间为t 则有变换公式 爱因斯坦的时空相对性揭示了 与物质运动存在着内在的不可分割的联系 并给出了它们之间的定量关系 时间 空间 上面的式子说明 相对于地面以速度v运动的物体 从地面上看 沿着运动方向上的长度变 了 速度越大 变 得越多 短 短 上面的式子具有普遍意义 当从地面观察以速度v前进的火车时 车上的时间进程变 了 不仅时间变 了 物理 化学过程和生命的过程都变 了 但车上的人都没有这种感觉 他们反而认为地面上的时间进程变 了 慢 慢 慢 慢 从上式可以看出 当物体 一般是粒子 的速度很大时 其运动时的质量明显 静止时的质量 三 爱因斯坦的质速公式经过严格的证明 物体有静止质量m0和运动的质量m 它们之间有如下关系 大于 四 质能关系按照相对论和基本力学定律可推出质量和能量具有如下关系 e 这就是著名的质能关系 如果用 m表示物体质量的变化 e表示能量的变化 那么它们的关系可以表示为 e 该式表示 随着一个物体质量的减小 会 一定的能量 与此同时 另一个物体吸收了能量 质量也会 mc2 mc2 释放 增大 五 光电效应1 定义 当可见光和其他电磁辐射照射到金属表面上时 能从金属表面打出 这种现象叫做光电效应 而被打出的 叫做 2 光子说概述 爱因斯坦于1905年提出光子说 光在空间的传播是 的 而是一份一份的 每一份叫做一个 一个光子的能量为e 为光的频率 普朗克常量h 6 63 10 34j s 光子具有动量和能量 电子 电子 光电子 不连续 光量子 h 3 光的波粒二象性 光既是 又具有 的特征 即光具有 一切辐射 电磁波和热辐射 都具有 六 连续光谱与线光谱1 连续光谱 1 形式 连续分布着的包含着从红光到紫光的各种色光的光谱 2 产生 及 和 直接发光时形成连续光谱 电磁波 粒子 波粒二象性 波粒二象性 灼热的固体 液体 高压气体 2 线状光谱 分为明线光谱和吸收光谱 1 形式 明线光谱由一些不连续的 线组成 吸收光谱是在连续光谱的背景上分布着若干条 线 2 产生 由稀薄气体通电后发光产生的 观察稀薄气体放电后发光的光谱的实验中需要用光谱管和分光镜 当白光通过气体时 才形成 光谱 暗线光谱 亮 暗 吸收 3 原子光谱 某种元素的原子发出的分立的线状谱叫原子光谱 七 实物粒子与波德布罗意理论指出 每个物质粒子都伴随着一种波 这种波称为 波 又称为德布罗意波 物质 核心要点突破 一 相对论时空观的理解1 时间延缓效应假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶 车厢中央有一个光源发出了一个闪光 闪光照到了车厢的前壁和后壁 车上的观察者认为两个事件是同时的 在他看来这很好解释 因为车厢是惯性系 光向前 向后传播的速度相同 光源又在车厢的中央 闪光当然会同时到达前 后两壁 车下的观察者则不以为然 他观测到 闪光先到达后壁 后到达前壁 他的解释是 地面也是一个惯性系 闪光向前 向后传播的速度对地面也是相同的 但是在闪光飞向两壁的过程中 车厢向前行驶了一段距离 所以向前的光传播的路程长些 到达车厢前壁的时刻也就晚些 这两个事件不同时 2 运动的时钟变慢假设车厢地板上有一个光源 发出一个闪光 对于车上的观察者来说 闪光到达光源正上方h高处的小镜后被反射 回到光源位置 往返作用的时间为 t 对于地面上的观察者来说 情况有所不同 5 质能关系爱因斯坦著名的质能关系式是 e mc2 当物体的质量变化时 必然伴随着能量的变化 如果用 m表示物体质量的变化 e表示能量的变化量 那么它们的关系可以表示为 e mc2 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于质量和长度 下列说法正确的是 a 物体的质量与位置 运动状态无任何关系 是物质本身的属性b 物体的质量与位置 运动状态有关 只是在速度较低的情况下变化忽略不计c 物体的长度与运动状态无关 是物质本身的属性d 物体的长度与运动状态有关 只是在速度较低的情况下变化忽略不计解析 选bd 根据相对论的时空观 在速度较大的运动中 时间 长度 质量相对于静止的参考系会发生变化 因此选b d 二 量子化现象分析1 光电效应 1 光电效应的规律 每种金属都有发生光电效应的极限频率 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 随着入射光的频率的增大而增大 光电效应的产生几乎是瞬时的 2 极限频率 对于一定金属来说 逸出功w的值是一定的 所以入射光子的频率 越大 光电子的最大初动能也越大 如果入射光子的频率比较低 光的能量小于金属的逸出功 就不能产生光电效应了 这就是存在极限频率的原因 极限频率 0可由下式求出 h 0 w 2 光的波粒二象性在宏观上 大量光子表现为波动性 在微观上 个别光子与其他物质产生作用时往往表现为粒子性 即光具有波粒二象性 例如 在光的双缝干涉实验中 如果短时间内曝光 发现光子在底片上呈现不规则分布的点 长时间曝光才形成明暗相间的条纹 说明了少量光子与其他物质产生作用时表现出粒子性 而大量光子与其他物质产生作用时表现出波动性 3 原子光谱原子光谱分为 1 发射光谱 由发光物体直接产生的光谱 发射光谱又分为连续光谱和明线光谱 2 吸收光谱 高温物体发出的白光通过物质时 某些波长的光被物质吸收而形成的 其特点是在连续光谱的背景上 由一些不连续的暗线组成 例如 太阳光中的连续谱线中有许多暗线 它们对应着某些元素的特征谱线 产生这些暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素 这些元素把太阳光谱中相应波长的光吸收了 会在太阳光的连续谱线中留下暗线 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 下列关于光的波粒二象性的说法 正确的是 a 一束传播的光 有的光是波 有的光是粒子b 由光电效应现象可知 光子与电子同样是一种粒子c 在一束光中 光子间的相互作用使光表现出波的性质d 光是一种波 同时也是一种粒子 光子说并未否定电磁说 在光子能量e h 中频率仍表示的是波的特性 解析 选d 光是一种波 同时也是一种粒子 光具有波粒二象性 是指当光和物质作用时 是 一份一份 的 表现出粒子的性质 单个光子的运动无法预测 但大量光子在空间各点出现的可能性 概率 可以用波动规律描述 光表现出波的性质 粒子性和波动性是光子本身的一种属性 但并不是说光是像电子一样的粒子或像机械波一样的波 光子说并未否定电磁说 课堂互动讲练 在静止系中的正立方体每边长l0 另一坐标系以相对速度v平行于立方体的一边运动 问在后一坐标系中的观察者测得的立方体体积是多少 方法总结 1 不同惯性系中的观测者对同一物体进行观测 测得的结果并不相同 2 平时观察不到这种长度收缩效应 是因为我们生活在比光速低得多的低速世界 这种现象不明显 一个原来静止的电子 经电压加速后速度为v 6 106m s 问电子的质量增大了还是减小了 改变了百分之几 答案 增加了0 02 方法总结 由此看出 物体的质量随速度的增大而增大 但只有物体的速度很大时 其