第六章第一节：相对论与量子论初步

物理2模块解读及实施建议（上）邓老师：各位老师，大家好。

这个专题我们对物理2进行解读。

对物理2的解读按照物理1的模式，首先对物理2的模块进行解读，然后我们会给出具体的案例进行深入的分析。

希望通过对物理2的解读，让各位老师对共同必修2有一个比较清晰的认识。

下面我们先从课程标准说起。

廖老师：在物理2这个模块中，一共包含三个主题。

它们分别是机械能和能源、抛体运动与圆周运动、经典力学的成就与局限性。

本模块也属于共同必修模块，在这个模块中，学生通过学习机械能、曲线运动的规律和万有引力等内容，进一步了解物理学的核心内容，体会高中物理课程的特点以及学习方法。

为后续的进一步学习打下基础。

赵老师：我觉得解读课程标准不仅仅是从内容要求这方面去解读，还得从课程理念以及课程目标共同来解读标准。

例如，我们来看一下物理2关于功和功率的要求：“举例说明功是能量变化的量度，理解功和功率。

关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义。

”功和功率是物理学中与技术密切相关的两个概念。

课程标准不仅要求学生要理解这两个概念，还要求学生能够将这两个概念应用到生活实际中去。

物理教学一个很重要的作用，就是要让学生学会应用科学概念进行思考。

因此，在教学中应该让学生更好地应用这些概念去解决问题。

在解决问题的过程中，学会用科学概念思考问题。

廖老师：这就是新课程理念中提到的“从生活走向物理，从物理走向社会”的具体体现。

赵老师：是的。

从这里来看，我们理解标准就不仅仅是要理解其内容要求，还要全方位地理解课程的意义。

廖老师：这些内容标准也渗透了课程的理念以及三维培养目标。

邓老师：从这个理念当中我也看到了物理和生产生活的联系。

比如，我们看到在教材中涉及到汽车牵引力做功的问题，这些问题就反映了刚才两位老师所说的、课程标准所体现的“从生活走向物理，从物理走向社会”，用科学解决生活中的问题。

这些问题看起来很神奇，事实上，用物理去解决它的时候学生感觉到物理非常有用。

王老师：刚才各位老师谈到了功和功率，在这一主题中还牵涉到机械能这个概念，像动能和重力势能这些概念也是学生必须掌握的重要概念。

第六章《相对论与量子论初步》单元测试题一、单选题(共15小题)1.最早提出量子假说的物理学家是()A．爱因斯坦B．牛顿C．开普勒D．普朗克2.为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击铀原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是()A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c23.话说有兄弟俩个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是()A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长C．由相对论可知，物体速度越大，其时间进程越慢，生理进程也越慢D．这是神话，科学无法解释4.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性5.两相同的米尺，分别静止于两个相对运动的惯性参考系S和S′中，若米尺都沿运动方向放置，则()A．S系的人认为S′系的米尺要短些B．S′系的人认为S系的米尺要长些C．两系的人认为两系的米尺一样长D．S系的人认为S′系的米尺要长些6.通过一个加速装置对电子加一很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是()A．根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动B．电子先做匀加速直线运动，后以光速做匀速直线运动C．电子开始近似于匀加速直线运动，后来质量增大，牛顿运动定律不再适用D．电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释7.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，v A>v B，在火箭A上的人观察到的结果正确的是()A．火箭A上的时钟走得最快B．地面上的时钟走得最快C．火箭B上的时钟走得最快D．火箭B上的时钟走得最慢8.有关物体的质量与速度的关系的说法，正确的是()A．物体的质量与物体的运动速度无关B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大C．物体的质量随物体的运动速度增大而减小D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零9.属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比10.在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，其原因是() A．运动中的物体，其质量无法测量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D．物体质量并不随速度变化而变化11.广东省虎门大桥全长近15 km，在500 m高空有一架与大桥平行匀速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是()A．大于15 kmB．等于15 kmC．小于15 kmD．飞机飞行越快，大桥将变得越长12.惯性系S中有一边长为l的正方形(如下图所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是()A．B．C．D．13.关于光的本性，下列说法错误的是()A．光的波粒二象性说明光既与宏观中波的运动相同，又与宏观中粒子的运动相同B．大量光子产生的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D．光既有波动性，又具有粒子性，二者并不矛盾14.如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c．强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光速的传播速度为()A． 0.4cB． 0.5cC． 0.9cD． 1.0c15.假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是()A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高二、计算题(共3小题)16.设想在人类的将来实现了星际航行，即将火箭发射到邻近的恒星上去，火箭相对于日心－恒星坐标系的速率为v＝0.8c，火箭中静止放置长度为1.0 m的杆，杆与火箭方向平行，求在日心－恒星坐标系中测得的杆长．17.电子的静止质量为m e，加速后的电子相对实验室的速度是c(c为光速)，在实验室中观察到的加速后电子的质量是多大？18.在静止系中的正方立体每边长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？三、填空题(共2小题)19.设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍．则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．20.普朗克提出了能量子与频率成________(填“正比”或“反比”)的观点，如果能量子的能量用ε来表示，它的数值等于辐射光子的频率ν乘以一个常量h，即________，h称作普朗克常量，实验测得h＝________ J·s.四、简答题(共1小题)21.考虑以下四个问题：(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速是多少？(4)根据狭义相对论理论，在上述三种情况下光速应该是多少？答案解析1.【答案】D【解析】普朗克是量子力学的奠基者，被称为量子力学之父．2.【答案】B【解析】3.【答案】C【解析】根据公式τ＝可知，物体的速度越大，其时间进程越慢．4.【答案】C【解析】一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静质量，光子不是实物粒子，没有静质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．5.【答案】A【解析】6.【答案】C【解析】电子在加速装置中由静止开始加速，开始阶段速度较低，远低于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为在它被加速的最初阶段，它做匀加速直线运动．随着电子的速度越来越大，接近光速时，相对论效应越来越大，质量加大，它不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用．7.【答案】A【解析】在火箭A看来，地面和火箭B都高速远离自己，由τ＝知，在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B的时钟都变慢了，且v A>v B，故地面的时钟最慢，因此A正确，B、C、D错误．8.【答案】B【解析】9.【答案】A【解析】狭义相对论的基本假设有：(1)狭义相对论的相对性原理：一切彼此做匀速直线运动的惯性参考系，对于描述运动的一切规律来说都是等价的；(2)光速不变原理：对任一惯性参考系，真空中的光速都相等．所以只有选项A正确．10.【答案】B【解析】根据狭义相对论m＝可知，在宏观物体的运动中，v≪c，所以m变化不大，而不是因为质量太大或无法测量．11.【答案】C【解析】由于飞机相对大桥是运动的，因此在飞机上观察者看来，大桥要缩短，故C正确．12.【答案】C【解析】由l＝l0可知沿速度方向即x轴方向的长度变短了，而垂直于速度方向，即y轴上的边长不变，故C对．13.【答案】A【解析】光的波粒二象性是微观世界特有的规律，既不能理解成宏观概念中的波，也不能把光子简单看成宏观概念中的粒子．14.【答案】D【解析】根据光速不变原理，在任何参照系中测量的光速都是c，D正确．15.【答案】D【解析】由公式l＝l0可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变．16.【答案】0.6 m【解析】由尺缩效应知：l＝l0，将l0＝1.0 m，v＝0.8c代入得到l＝0.6 m.17.【答案】1.67m e【解析】m＝＝≈1.67m e，即以c运动的电子的质量约是电子静止质量的1.67倍．18.【答案】L【解析】本题中立方体相对于坐标系以速度v运动，一条边与运动方向平行，则坐标系中观察者测得该条边的长度为L＝L0测得立方体的体积为V＝L L＝L.19.【答案】k【解析】由E＝mc2得＝＝k，所以m＝km0.由m＝得＝＝k，得v＝c.20.【答案】正比ε＝hν 6.63×10－34【解析】21.【答案】(1)c(2)c＋v(3)c－v(4)都是c【解析】根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c＋v，第三种情况应是c－v，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，三种情况光速都应是c.。