第6章 第1节　高速世界 第2节　量子世界

1、.第1节高速世界第2节量子世界学 习 目 标知 识 脉 络1.理解高速世界的两个根本原理，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重点2.理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重点3.理解普朗克“量子假说的背景和“量子假说的主要内容，体会经典力学的局限性.4.理解爱因斯坦“光量子说的含义，知道光具有波粒二象性难点爱 因 斯 坦 的 狭 义 相 对 论1两个根本原理1相对性原理所有物理规律在一切惯性参照系中都具有一样的形式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c3×108 m/s2两个效应1时间

2、延缓效应在相对论时空观中，运动的时钟比静止的时钟走得慢关系式为t，t为运动时间，t为静止时间2长度收缩效应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变小关系式： ll.3两种关系1质速关系在经典力学中，物体的质量与物体的运动无关但在相对论中，运动物体的质量随其运动速度的变化而变化关系式：m其中m为物体的运动质量，m0为静止质量，v为物体相对惯性系的运动速度2质能关系按照相对论及根本力学定律可推出质量和能量有如下关系：Emc2，这就是著名的质能关系式质量和能量是物质不可别离的属性，当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Emc2.

3、1汽车运动时没发现长度变化，故狭义相对论是错误的×2由质能关系可知，质量就是能量，能量也就是质量，二者无区别×3时钟延缓效应是低速的时钟比高速的时钟走得慢×假如你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能因为物体的质量随速度的增大而增大，假假设物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速，因为光速是速度的最大值1半人马星座星是离太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座星之间1假设宇宙飞船的速率为0.999c，

4、按地球上时钟计算，飞船往返一次需要时间为_s.2如以飞船上时钟计算，往返一次的时间为_s.【解析】1由于题中恒星与地球的间隔 s和宇宙飞船的速度v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔t2.87×108 s.2可从相对论的时间延缓效应考虑把飞船分开地球和回到地球视为两个事件，显然飞船上的钟测出两事件的时间间隔t是固定的，地球上所测的时间间隔t与t之间满足时间延缓效应的关系式以飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔为tt1.28×107 s.【答案】12.87×108 s21.28×107 s2一支静止时长l的火箭以v的速度从观察

5、者的身边飞过1火箭上的人测得火箭的长度应为_2观察者测得火箭的长度应为_3假如火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为_. 【导学号：45732162】【解析】1火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度一样，即为l.2火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度v，测量长度将变短，由相对论长度收缩效应公式知ll，其中c为真空中的光速3将v代入长度收缩效应公式得ll.【答案】1l2l3l3太阳内部不停地发生着剧烈的热核反响，在不断地辐射能量因此其质量也不断地减少假设太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026 J，试计算太阳在1 s内失去的质量为_kg.【解析】由太阳每秒钟辐射的能量

6、E可得其每秒内失去的质量为：mkg×1010kg4.4×109 kg.【答案】4.4×109量 子 化 理 论1量子假说的内容1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，即Enn1,2,3，2辐射是由一份份的能量组成的，一份能量叫做一个量子量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量与频率成正比，即hh，h为普朗克常数h6.63×1034 J·s2量子化本质是不连续性，在微观世界里，量子化或不连续性是明显的微观物质系统的存在是量子化的，物质之间传递的互相作用量是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的3光的本质光具有波粒二象性，它在一

7、定条件下，突出地表现出微粒性，本质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性，因此，光具有波粒二象性1运动的物体具有波粒二象性，而静止的物体不具有波粒二象性×2所谓量子或量子化，本质是不连续性3光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著平时生活中，为什么很难碰到量子化的现象？【提示】量子化在微观世界里表现明显，在宏观世界里表现不明显讨论1：黑体辐射的才能与什么因素有关？“紫外灾难给科学家怎样的启示？【提示】1黑体辐射的才能与黑体的辐射波波长和温度有关2在黑体辐射中，由于经典的理论与某些实验结果不相符，这就启发了科学家们必须探究一种新的理论，用新的理论去解释实验，从

8、而推动了科学的开展讨论2：光既具有粒子性，又具有波动性，光的粒子性及波动性表如今哪些方面？【提示】光的粒子性表现为光的反射、光的折射等，光的波动性表现为光的干预、衍射等1量子化假设：普朗克提出物质辐射或吸收的能量只能是某一最小能量单位的整数倍，En，n1,2,3，n叫作量子数量子的能量h.式中h为普朗克常数h6.63×1034 J·s，是微观现象量子特征的表征，为频率，c为真空中的光速，为光波的波长2量子化：量子化的“灵魂是不连续在宏观领域中，这种量子化或不连续性相对于宏观量或宏观尺度极微小，完全可以忽略不计，但在微观世界里，量子化或不连续是明显的，微观物质系统的存在、物体

9、之间传递的互相作用量、物体的状态及变化等都是量子化的3光的波粒二象性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h，提醒了光的粒子性和波动性之间的亲密联络3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4人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能觉察普朗克常量为6.63×1034 J·s，光速为3.0×108 m/s，那么人眼能觉察到绿光时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个绿光的光子射入瞳孔，所以觉察到绿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为了验证光具有波动性，某同学采用以下做法，其中可行的是 【导学号：45732163】A让一束光照射到一个轻小物体