高中物理 第六章 相对论与量子论初步学案 鲁科版必修2

1、第6章综合测试本章内容将我们引领到了与我们所熟悉的低速宏观世界完全不同的另一个世界高速世界和微观世界。走进高速世界，让我们认识爱因斯坦，知道了高速世界的两个基本原理相对性原理和光速不变原理，了解了四维时空、相对论效应及质速关系、质能关系；走进微观世界，让我们认识了普朗克，知道了能量的量子化及物质的波粒二象性。走进高速、微观世界，使我们进一步体会到人类对客观世界的认识是无穷尽的，对真理必须无止境地追求。对本间内容可按下列知识网络进行复习。 相对性原理 两个基本原理 光速不变原理 四维时空与时空弯曲 时间延缓效应高速世界 相对论效应 长度收缩效应 质速关系两个关系 质能关系相对论与量子论初步 E=

2、n n=0，1，2 量子世界 能量的量子化 =hv=h物质的波粒二象性能力提升第6章综合测试1、有一接近于光速相对于地球飞行的宇宙火箭，在地球上的观察者将会看到火箭上的物体长度缩短，时钟变慢。由此有人得出结论说，火箭上的同类物体更长，时钟变快。这个结论对吗？2、一物理实验小组将一横截面积为S的柱形容器中注入质量为m的水，经阳光直射时间t后，测得水温升高T，设水对阳光的吸收率为，阳光光子的平均波长为，水的比热容为C，试求该段时间内到达水面的太阳光光子数。3、已知重核的裂变能获得核能，一个质量为m1的重核A，俘获了一个质量为m0的中子（中子动能略去不计）后，裂变为两个中等质量的核B（质量为m2）和

3、C（质量为m3），则此时核发将发出多少核能？4、静系中子的平均寿命为=2.210-6秒。据报道，在一组高能物理实验中，当它的速率为v=0.9966c时，通过的平均距离为8千米。说明这现象。（提示，当1时，有）参考答案1、解析：在古典力学中，人们总认为时间间隔和空间间隔，例如时钟的快慢和物体的长度，在两个参照系里是一样的，不会因参照系的运动而有所变化。因此才有人提出如题所述的问题。2、解析：水吸收到的光子能量为 E1=CmT 每个光子的能量 =h 水吸收到的光子数 N1=由题意，时间t内到在水面的光子数 N2=3、解析：反应前质量为m0+m1，反应后质量为m2+m3，由质能关系得 E=mc2=(

4、m0+m1-m2-m3)c24、解析：（1）按照非相对论的牛顿力学观点，高速运动时子的平均寿命仍然取=2.210-6秒，则它的一生中通过的平均距离应是 L=v=c=31082.210-6米=660米，此结果显然与实验事实不符。（2）按照时间延缓效应，观察者测得高速运动子的寿命应比它的本征寿命长，其间的关系是 因为 ，所以 v=0.9966c的子的平均寿命应比它在静止时的寿命长12.14倍，即秒=26.710-6秒。于是它走过的平均距离为 L=26.710-68103米这结果与实验很好相符。拓展阅读宇宙膨胀的发现宇宙空间究竟是有限的还是无限的？几千年来两种对立的学说不断交替出现。希腊时代的自然哲

5、学家卢克莱修认为有限宇宙观念是非常荒谬的。他指出：如果宇宙是有限的，倘若一个人一直走到它的边缘，猛掷一根飞矛。试问：它将飞向何处？这个著名的“飞矛实验”竞成为后世反对有限宇宙学说的一个主要哲学根据。这各诘问在科学研究方法中固然有着重要地位，但它只是从反面向科学提出问题，说明科学自身的不足，而没有作出对有限宇宙存在的否定证明。爱因斯坦根据广义相对论计算结果，令人意外地发现这个有限无边的宇宙必定是动态的，或者膨胀，或者收缩，或者兼而有之（振荡）。1929年哈勃发现，各星系光谱的每条谱线的波长都增加了；即存在着红移（光谱线向红端移动）现象；且星系距离我们越远，其红移量也就越大，二者间存在线性关系。按

6、多普勒效应推断，越远的星系以越快的速度离开我们而去，这表明整个宇宙处在膨胀的状态。弗里德曼据此提出了三种不同的宇宙演化途径：星系以非常缓慢的速度互相退离，它们之间的引力不断作用，将使这种互相退离运动最后终止，继而开始互相接近，即宇宙膨胀至最大尺度后便开始坍缩；星系之间的退离运动非常之快以致引力无法阻它继续进行，即宇宙一直膨胀下去；星系之间的退离速度正好达到避免坍缩的临界值，宇宙不断膨胀，但膨胀速度逐渐趋于零。至于实际宇宙究竟对应于哪一种演化途径，完全取决于宇宙中的物质平均密度。弗里得曼模型中，任何一个典型星系的运动就像从地球表面向上抛一块石头，石头的抛出速度足够快，或者地球质量足够小（这两种说法在物理上是等价的），石头的速度虽然随着时间逐渐变慢，然而最后石头却会跑到无限远的地方，这相当于宇宙物质平均密度小于某一临界密度的情形，没有足够的抛出速度，或者地球质量足够大，它将在到达一个最大高度后再跌回到地面上，这相当于宇宙物质平均密度大于临界值的情形。现在已有足够的证据确信宇宙中存在着大量的不可视物质，而且膨胀必定是在100亿年到200亿年前某一时刻开始的。按照宇宙标准模型，大约在1.51010年前，宇宙起始于一次大爆炸。宇宙学原理认为：由于在任何时刻从空间的任一点和任一