2018-2019學(xué)年高中物理 第五章 經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性 2 了解相對(duì)論(選學(xué))3 初識(shí)量子論(選學(xué))學(xué)案 教科版必修2.doc

2了解相對(duì)論(選學(xué))3初識(shí)量子論(選學(xué))學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道狹義相對(duì)論中運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度l和運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘及質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)速度的變化規(guī)律.2.知道愛(ài)因斯坦質(zhì)能關(guān)系，知道經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速情況下的近似.3.了解微觀現(xiàn)象中的不連續(xù)性或量子性.4.知道微觀粒子具有波粒二象性；知道微觀粒子運(yùn)動(dòng)不遵守確定性規(guī)律而遵守統(tǒng)計(jì)性規(guī)律；初步了解量子論的作用一、了解相對(duì)論1狹義相對(duì)論中的主要效應(yīng)(1)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度l會(huì)收縮，即ll0.(2)運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘會(huì)變慢，即 .(3)物體質(zhì)量m隨速度v的增大而變大，其關(guān)系為m .(4)質(zhì)量m和能量E之間存在著一個(gè)相互聯(lián)系的關(guān)系式：Emc2，稱為質(zhì)能關(guān)系，式中c是光速(5)任何物體的速度不能超過(guò)光速c.2廣義相對(duì)論點(diǎn)滴(1)當(dāng)光線通過(guò)強(qiáng)引力場(chǎng)時(shí)，光線在引力場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏折(2)廣義相對(duì)論是數(shù)學(xué)與物理學(xué)相結(jié)合的典范在廣義相對(duì)論中，時(shí)間、空間、物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)是緊密地聯(lián)系在一起的二、量子論的基本內(nèi)容1量子論認(rèn)為微觀世界的某些物理量不能連續(xù)變化而只能取某些分立值，相鄰兩分立值之差稱為該物理量的一個(gè)量子2一切微觀粒子都具有波粒二象性3由于微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊規(guī)律性，使一個(gè)微觀粒子的某些物理量不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值判斷下列說(shuō)法的正誤(1)質(zhì)量是物體的固有屬性，任何時(shí)候都不會(huì)變()(2)對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體，它的質(zhì)量隨著速度的增大而增大()(3)對(duì)于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，相對(duì)論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)是一致的()(4)光線經(jīng)過(guò)任何物體附近時(shí)都是沿直線傳播的()一、了解相對(duì)論1地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是3104 m/s，設(shè)在美國(guó)伊利諾斯州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，請(qǐng)思考：(1)地球的公轉(zhuǎn)速度在狹義相對(duì)論中屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度呢？(2)加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了還是減小了？答案(1)地球公轉(zhuǎn)速度屬于低速，被加速器加速后的電子的速度屬于高速(2)加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了2在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論中，位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中有何區(qū)別？答案在經(jīng)典力學(xué)中，同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同參考系中是相同的；在狹義相對(duì)論中，同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同參考系中是不同的1低速與高速(1)低速：通常所見物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運(yùn)動(dòng)物體(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速2速度對(duì)質(zhì)量的影響(1)在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變(2)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即m，其中m0是物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)的3速度對(duì)物理規(guī)律的影響對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，一般用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來(lái)處理對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)典力學(xué)已不再適用，需要用相對(duì)論知識(shí)來(lái)處理4位移、時(shí)間與參考系的關(guān)系經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為位移和時(shí)間的測(cè)量與參考系無(wú)關(guān)，相對(duì)論認(rèn)為，同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量與參考系有關(guān)，在不同的參考系中測(cè)量結(jié)果不同例1在靜止坐標(biāo)系中的正立方體邊長(zhǎng)為l0，另一坐標(biāo)系以相對(duì)速度v平行于正立方體的一邊運(yùn)動(dòng)問(wèn)在后一坐標(biāo)系中的觀察者測(cè)得的立方體的體積是多少？答案l03解析本題中正立方體相對(duì)于另一坐標(biāo)系以速度v運(yùn)動(dòng)，一條邊與運(yùn)動(dòng)方向平行，則坐標(biāo)系中觀察者測(cè)得該條邊的長(zhǎng)度為ll0測(cè)得立方體的體積為Vl02ll03物體靜止長(zhǎng)度l0和運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度l之間的關(guān)系為：ll0上面的式子說(shuō)明，相對(duì)于地面以速度v運(yùn)動(dòng)的物體，從地面上看，沿著運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度變短了，速度越大，變短得越多理解：(1)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向不發(fā)生長(zhǎng)度收縮效應(yīng)現(xiàn)象(2)我們平常觀察不到這種長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，是因?yàn)槲覀兩钤诒裙馑俚偷枚嗟牡退偈澜缋?，長(zhǎng)度收縮效應(yīng)極不明顯，即使運(yùn)動(dòng)物體的速度達(dá)到v30 000 km/s(即0.1c)，長(zhǎng)度收縮效應(yīng)也只不過(guò)是5，因此，在低速運(yùn)動(dòng)中，vc，ll0，長(zhǎng)度收縮效應(yīng)可忽略不計(jì)例2A、B兩火箭沿同一方向高速飛過(guò)地面上的某處，vA>vB，在火箭A上的人觀察到的結(jié)果正確的是()A火箭A上的時(shí)鐘走得最快B地面上的時(shí)鐘走得最快C火箭B上的時(shí)鐘走得最快D火箭B上的時(shí)鐘走得最慢答案A解析在火箭A上的人看來(lái)，地面和火箭B都高速遠(yuǎn)離自己，由知，在火箭A上的人觀察到的結(jié)果是地面和火箭B上的時(shí)鐘都變慢了，且vA>vB，故地面的時(shí)鐘最慢，因此A正確，B、C、D錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢，即理解：(1)時(shí)間延緩效應(yīng)是時(shí)空的一種屬性：在運(yùn)動(dòng)參考系中的時(shí)間節(jié)奏變慢了(一切物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程乃至觀察者自己的生命節(jié)奏都變慢了)(2)由于運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，故在某一個(gè)參考系中觀察另一個(gè)不同參考系里發(fā)生的物理事件時(shí)，總能感到時(shí)間延緩效應(yīng)(3)日常生活中的時(shí)間延緩效應(yīng)可以忽略不計(jì)，在運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，則變得特別明顯例3微觀粒子的速度很高，它高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量明顯大于靜止時(shí)的質(zhì)量在研究制造回旋加速器時(shí)必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響如圖1所示，1988年中國(guó)第一座高能粒子加速器北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)首次對(duì)撞成功在粒子對(duì)撞中，有一個(gè)電子經(jīng)過(guò)高壓加速，速度達(dá)到光速的.試求此時(shí)電子的質(zhì)量變?yōu)殪o止時(shí)質(zhì)量的多少倍？圖1答案1.15倍解析設(shè)電子靜止時(shí)的質(zhì)量為m0，根據(jù)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系得m1.15m0.【考點(diǎn)】速度對(duì)質(zhì)量的影響【題點(diǎn)】速度對(duì)質(zhì)量的影響在相對(duì)物體靜止的參考系中測(cè)量，物體具有最小的質(zhì)量m0(稱為靜止質(zhì)量).在相對(duì)物體以速度v運(yùn)動(dòng)的慣性系中測(cè)量，物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m.由于v<c，所以m>m0，速度v越大，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量也越大.二、量子論的基本內(nèi)容帶電物體所帶的電荷量能連續(xù)變化嗎？答案最小的電荷量是一個(gè)電子(或質(zhì)子)所帶的電荷量，帶電體所帶的電荷量只能是一個(gè)電子(或質(zhì)子)所帶電荷量的整數(shù)倍，故電荷量不能連續(xù)變化經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論、量子理論的比較(1)區(qū)別狹義相對(duì)論經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體；狹義相對(duì)論闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律量子力學(xué)經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀世界；量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律廣義相對(duì)論經(jīng)典力學(xué)在弱引力的情況下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好；愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論能夠解釋強(qiáng)引力情況下的作用規(guī)律(2)聯(lián)系當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別當(dāng)另一個(gè)重要常量即“普朗克常量”可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別相對(duì)論和量子力學(xué)并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是二者在一定條件下的特殊情形例4關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說(shuō)法中正確的是()A狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立、互不相容的兩種理論B經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例C經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)只適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的答案B解析相對(duì)論沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速、弱引力的領(lǐng)域，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤【考點(diǎn)】經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)【題點(diǎn)】經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)1(對(duì)相對(duì)論的了解)關(guān)于經(jīng)典物理學(xué)和相對(duì)論，下列說(shuō)法正確的是()A經(jīng)典物理學(xué)和相對(duì)論是各自獨(dú)立的學(xué)說(shuō)，互不相容B相對(duì)論完全否定了經(jīng)典物理學(xué)C相對(duì)論和經(jīng)典物理學(xué)是兩種不同的學(xué)說(shuō)，二者沒(méi)有聯(lián)系D經(jīng)典物理學(xué)作為相對(duì)論在宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的特例，在自己的適用范圍內(nèi)仍然成立答案D解析經(jīng)典力學(xué)是狹義相對(duì)論在低速(vc)條件下的近似，即只要速度遠(yuǎn)小于光速，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)變換狹義相對(duì)論的公式就全部變化為牛頓經(jīng)典力學(xué)的公式，故A錯(cuò)誤；相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，而是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，有各自成立范圍，故B、C錯(cuò)誤；經(jīng)典力學(xué)是狹義相對(duì)論在低速(vc)條件下的近似，因此經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例，故D正確2(經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)和狹義相對(duì)論)下列說(shuō)法中正確的是()A經(jīng)典力學(xué)適用于任何情況下的任何物體B狹義相對(duì)論否定了經(jīng)典力學(xué)C量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性D萬(wàn)有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力答案C解析經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速、弱引力的情況，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；狹義相對(duì)論沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，在宏觀低速情況下，相對(duì)論的結(jié)論與經(jīng)典力學(xué)沒(méi)有區(qū)別，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；量子力學(xué)正確描述了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，故C項(xiàng)正確；萬(wàn)有引力定律只適用于弱相互作用力，而對(duì)于強(qiáng)相互作用力是不適用的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤【考點(diǎn)】經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)【題點(diǎn)】經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)3(鐘慢效應(yīng))話說(shuō)有兄弟倆個(gè)，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光速的速度離開地球去遨游太空，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多，則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是()A哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長(zhǎng)了B弟弟思念哥哥而加速生長(zhǎng)C由相對(duì)論可知，物體速度越大，其時(shí)間進(jìn)程越慢，生理進(jìn)程也越慢D這是神話，科學(xué)無(wú)法解釋答案C解析根據(jù)公式可知，物體的速度越大，其時(shí)間進(jìn)程越慢4(尺縮效應(yīng))假設(shè)地面上有一列火車以接近光速的速度運(yùn)行，其內(nèi)站立著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀察車?yán)锏娜?，觀察的結(jié)果是()A這個(gè)人是一個(gè)矮胖子B這個(gè)人是一個(gè)瘦高個(gè)子C這個(gè)人矮但不胖D這個(gè)人瘦但不高答案D解析由公式ll0可知，在運(yùn)動(dòng)方向上，人的寬度要減小，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，人的高度不變5(速度對(duì)質(zhì)量的影響)真空中的光速為c3.0108 m/s，如果一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度為v12.4108 m/s時(shí)，質(zhì)量為3 kg.當(dāng)它的速度為1.8108 m/s時(shí)，質(zhì)量為多少？答案2.25 kg解析根據(jù)狹義相對(duì)論，m，由題意知m1，m2所以，所以m2m12.25 kg.