鲁科版高中物理必修2第6章相对论与量子论初步第2节量子世界学案

高中物理第六章相对论与量子论初步学案鲁科版必修2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=nε n=0，1，2…… 量子世界能量的量子化ε=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η，阳光光子的平均波长为λ，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C（质量为m3），则此时核发将发出多少核能？4、静系中μ子的平均寿命为τ=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β≤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=Cm△T 每个光子的能量ε=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=(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μ子的平均寿命仍然取τ=2、210-6秒，则它的一生中通过的平均距离应是L=vτ=cτ=31082、210-6米=660米，此结果显然与实验事实不符。

6.2《量子世界》学案【学习目标】了解黑体辐射；知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点；知道光具有波粒二象性和物质波。

【学习重点】量子的概念，光的波粒二象性及物质波【知识要点】1.紫外灾难：黑体辐射的能力与辐射波长和温度有关,瑞利－金斯公式在长波区域与实验吻合,而在短波区域出现严重的不符,由于这个实验与理论严重不符的结果出现在短波的紫外区域,所以称为“紫外灾难”.黑体辐射的特点.2.量子：辐射是由一份份的能量组成的,就像物质是由一个个的原子组成的一样,辐射中的一份能量就是一个量子.光子能量的计算方法：E =h c.3.物质的波粒二象性：法国物理学家德布罗意认为,既然光具有波粒二象性,那么质量不为零的任何粒子,如电子,也具有波的性质.一种说法认为：“光是一种类似于小球的粒子,它的行为就像一个质点,遵循反射定律,立竿见影是有力证明”；另一种说法认为：“光是一种波,就像水波、声波一样,薄膜或肥皂泡上的花纹是有力证明.” 你认为他们谁的说法是正确的？物质波【典型例题】【例题1】 关于光的本性,早期有牛顿的微粒说和惠更斯的________,后来又有麦克斯韦的电磁说.20世纪初,为解释________现象,爱因斯坦提出了光子说.________实验证实了实物粒子也具有波动性.解析：光的本性早期由牛顿和惠更斯的粒子说和波动说的争论,麦克斯韦的电磁说与光电效应现象证明了光的波粒二象性,电子衍射实验证实了实物粒子也具有波动性.【达标训练】1．下列说法正确的是（ ）A ．只有高温物体才会热辐射B ．低温物体不会向外辐射电磁波C ．只有黑体在任何温度下才都会向外辐射电磁波D ．热辐射是物体中的分子、原子受到激发而辐射出电磁波的现象2．下列哪些物体可看作黑体？（ ）A ．不辐射可见光的物体B ．没有任何电磁辐射的物体C ．不能反射可见光的物体D．不能反射任何电磁辐射的物体3．下列关于黑体和黑体辐射的说法，正确的是（）A．所谓黑体，就是黑色的物体B．黑体是一个既不吸收热辐射也不反射热辐射的物体C．黑体的辐射能力只与黑体辐射的电磁波波长和黑体的温度有关D．实验表明，黑体辐射紫外线时辐射能力很强，会产生“紫外灾难”4．下列关于波粒二象性的说法正确的是（）A．电子具有显著的粒子性，而且也具有波动性B．有的光是波，有的光是粒子C．只有光具有波动性，其他微小的粒子不可能有波动性D．光子与电子是同样的一种粒子答案：1。

量子世界同步练习
一、选择题
1.对光电效应作出合理解释的物理学家是
A.普朗克
B.牛顿
C.爱因斯坦
D.德布罗意
答案：C
2.提出量子论的科学家是
A.普朗克
B.爱因斯坦
C.瑞利
D.德布罗意
答案：A
3.关于量子论,下列说法正确的是
A.物质辐射的能量只能是某个最小单位的整数倍
B.物质吸收的能量只能是某个最小单位的整数倍
C.每一份能量叫做一个量子
D.每个量子的能量是E=hc/λ
答案：ABCD
二、非选择题
4.1900年,________为解决黑体辐射的实验规律提出了量子假说,认为能量E于波长λ的关系为________.5年后,爱因斯坦在此基础上提出________的说法,并认为光有________.
答案：普朗克E=h光量子波粒二象性
5.某种可见光光波的波长为8.543×10－7 m,则该光束内光子的能量是________.
答案：2.33×109 J。

第2节 量子世界一、 “紫外灾难”1．黑体 黑体是一个理想模型，即一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。

2．紫外灾难 人们发现黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长λ(μm)、温度T (K)之间关系的实验曲线，该实验曲线与从经典物理理论导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”。

二、不连续的能量1．普朗克的量子假说认为物质辐射(或吸收)的能量E 只能是某一最小能量单位的 整数倍。

E ＝n ε，n ＝1,2,3…2．辐射是由一份份的能量组成的，辐射中的一份能量就是一个量子，量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝h ν＝h c λ。

公式中的h 是普朗克常数，数值为6.626 176×10－34 J·s，这是普朗克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。

三、物质的波粒二象性1．光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的波粒二象性。

2．德布罗意进一步提出物质波理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质1．黑体模型：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。

2．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E ＝n ε，ε＝h ν。

3．光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出粒子性，实质为不连续性，而在另一条件下，又突出地表现出波动性。

4．物质波(概率波)：静止的质量不为零的物质(如电子)，具有波的性质。

波，又叫概率波。

戴维孙、革末及汤姆孙的电子衍射实验证实了物质波的存在。

3．光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。

粒子性或量子性的本质在于不连续性；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波。

1．自主思考——判一判(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦。

量子世界（2个课时）【教学目标】1、知识与技能目标初步了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性。

知道普朗克“量子假说”的主要内容。

初步了解爱因斯坦“光量子说”的含义，了解光的微粒说与波动说之争，知道光具有波粒二象性。

2、过程与方法目标认识到发展问题和提出问题的意义，认识到在科学理论建立过程中猜想和假设的重要性，以及科学争论和自由争鸣对科学发展所起的作用，培养学生的质疑能力和相像能力。

能尝试运用物理原理和研究方法解决一些相关的实际问题，培养解决实际问题的能力。

3、情感态度与价值观目标领略到自然界的奇妙与和谐，发展学生对科学的发奇心与求知欲。

体会辩论和质疑在科学研究中所起的积极作用。

养成敢于发表自己观点，既坚持原则又尊重他人的良好习惯。

培养有根据的怀疑精神和批判意识，敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神以及判断大众传媒等有关信息是否科学的意识。

【重点难点】教学重点：初步建立量子化的概念。

教学难点：物质的波粒二象性概念。

【教学方法通过自主学习和交流讨论的方式、上网查阅有关资料、教师讲授法结合【教学建议】1、本节从世纪之交经典物理学无法解释“黑体辐射实验”的“紫外灾难”，引出普朗克的“量子假说”产生的历史背景，体会物理问题的研究往往是从模型的建立和假说入手。

教学中可让学生通过自主学习和交流讨论的方式，完成对学习过程的体验。

2、认识科学问题的研究总是经历：提出问题→猜想假设→实践论证→修改理论……最终提示自然规律的过程。

3、关于光的波动性、粒子性及量子理论初步等内容的教学，应强调科学真理发现的道路并不平坦，需要一个漫长的过程；学习中应认真体会辩论和质疑在科学研究中所起的积极作用，通过典型的实例让学生充分认识量子理论的发展如何推动现代科学技术的迅猛发展，理解科学对技术发展的促进作用。

4、教学中要充分利用物理学史知识，围绕核心问题、展开师生之间的交流互动。

教师不要局限于教材，可以根据学生的实际情况，做到用教材而不是教教材。

第二节量子世界（个课时）【教材剖析】本《一般高中物理程准》共同必修模“物理”中第六章第的内容。

本“量子世界”从射的律下手，提示典物理学理与果的重背叛，述普朗克的“量子假”，初步玻理的重要意，同学生光的粒子性和波性。

通例，初步认识微世界的量子化象。

【学情剖析】本学内容是学生已通一年的物理学的最后一内容，可能会出学不重、不真的场面。

关是本内容也比抽象，有关知网又没有成立，因此本内容的述和学可能会流于形式。

了学生惹起趣，因此必充一些科学展史。

【教课目的】、知与技术目初步认识普朗克“量子假”的背景，领会典力学的限制性。

知道普朗克“量子假”的主要内容。

初步认识因斯坦“光量子”的含，认识光的微粒与波之争，知道光拥有波粒二象性。

、程与方法目到展和提出的意，到在科学理成立程中猜想和假的重要性，以及科学争和自由争科学展所起的作用，培育学生的疑能力和相似能力。

能运用物理原理和研究方法解决一些有关的，培育解决的能力。

、感情度与价目略到自然界的巧妙与和，展学生科学的奇心与求知欲。

领会和疑在科学研究中所起的极作用。

养成敢于表自己点，既持原又尊敬别人的优秀。

培育有依据的疑精神和批评意，敢于持真谛、勇于新和事求是的科学度和科学精神以及判断大众媒等有关信息能否科学的意。

【要点难点】教课要点：初步成立量子化的看法。

教课点：物的波粒二象性看法。

【教课方法】通自主学和沟通的方式、上网有关料、教授法合。

【教课建议】．本从世之交典物理学没法解“黑体射”的“紫外灾”，引出普朗克的“量子假”生的史背景，领会物理的研究常常是从模型的成立和假下手。

教课中可学生通自主学和沟通的方式，达成学程的体。

．科学的研究是：提出→猜想假→践→改正理⋯⋯最提示自然律的程。

．对于光的波性、粒子性及量子理初步等内容的教课，科学真谛的道路其实不平展，需要一个漫长的过程；学习中应仔细领会争辩和怀疑在科学研究中所起的踊跃作用，经过典型的实例让学生充足认识量子理论的发展怎样推进现代科学技术的迅猛发展，理解科学对技术发展的促使作用。

相对论和量子论本节内容比较枯燥无味，是一些纯理论性的内容。

本节的重点、难点是相对论和量子论的内容和意义。

鉴于本节理论性比较强的特点，应该借助物理学方面比较丰富的课外资料、图片、人物等资料，注重探究学习，善于从不同的角度发现问题，积极探索解决问题的方法。

同时鼓励学生主动参与、学会学习的过程，以调动学生的学习积极性，培养学生思考、分析问题的能力。

得者，他所创立的相对论推动了量子理论的发展，为核能开发奠定了理论基础，成为继伽利略、牛顿之后又一位伟大的科学家、思想家。

⒉相对论⑴含义：是现代物理学的理论基础之一，是由爱因斯坦创立并与其他物理学家一起发展、完善的科学理论，包括狭义相对论和广义相对论两部分。

其中狭义相对论创立于1905年，广义相对论创立于1916年。

(2)狭义相对论：①狭义相对论的根基：一是相对性原理；二是光速不变原理②内容：运动着的尺子要缩短；运动着的时钟要变慢；光速是物质运动的极限速度；物体的质量是一个变量，它随着物质运动速度的增加而增加。

③意义：它引起了人类时空观的一次重大变革，科学地揭示了时间和空间的内在联系，以及时空同物质运动的内在联系，将伽利略以来的绝对时空观发展到相对时空观。

(3) 广义相对论：在狭义相对论的基础上，爱因斯坦提出了任何坐标变换都是协变的引力场方程，从而确立了广义相对论。

至此整个相对论体系形成。

3.相对论的意义①以其开拓创新精神为物理学的发展开辟了广阔道路，引起了一场深刻物理学革命，同量子论一起，促进了现代科学技术的突破性发展。

②揭示了空间和时间的辩证关系，把时间、空间和物质联系起来，加深了人们对物质和运动的认识，创立了新的时空观，进一步证明了恩格斯关于空间和时间是物质存在的形式这一论断。

③他关于质量和能量具有相当性的质能关系定律，揭示了原子内部蕴藏巨大核能的秘密，为人类和平利用核能展现了广阔前景。

④它的新的时空观和引力场理论等，为现代天体物理学和宇宙学奠定了重要的理论基础。