2019学年高中物理第五章经典力学的成就与局限性2了解相对论(选学)3初识量子论(选学)学案教科版必修2

第3节初识量子论新课教学：1．黑体辐射：能量子假说的提出“黑体辐射”的教学首先应指导学生了解人们对“黑体辐射”研究的社会背景(参见课程资源《黑体辐射》)，使学生理解科学的发展总是和社会、经济的需求密切联系的．教学中要突出用经典物理学理论来解释黑体辐射遇到的困难，使学生认识到黑体辐射是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的典型事例，在此基础上讲述普朗克的能量子假设，才能使学生切实地认识到量子概念的必然．同时使学生领会当实验事实和理论相违背时，往往预示着理论存在的缺陷，或是新的理论诞生的萌芽．普朗克提出“能量子假说”宣告了物理学的一场革命．然而在当时由于经典物理中的能量连续性概念在人们的头脑中根深蒂固，几乎所有的科学家相信包括能量在内的一切自然过程都是连续的，普朗克提出这种与经典物理学截然不同的观点是需要极大的勇气的，教学中可补充介绍普朗克在公开提出“能量子假说”时的“谨慎和大胆”(可查询《世界著名科学家简介》和《物理学家风雅趣闻》中关于普朗克的介绍)，使学生体会科学家尊重客观规律、为揭示真理而勇于挑战传统观念的科学精神．教学中还应指出尽管普朗克开创了量子论，然而他的工作是不彻底的．他认为，辐射的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的，一份一份的，而在传播过程中，则仍是连续的．曾有记者问他“您说能量到底是连续的呢?还是不连续的呢?”普朗克回答说：“如果一个人用小碗从缸里舀水，倒在水池中，您说水是连续的呢?还是不连续的呢?”从普朗克的回答中，我们可以看出，他认为辐射本质上还是连续的，只是在原子发射或吸收辐射时，才是一份一份的．把量子化思想贯彻到底的是爱因斯坦．[讨论与交流]此处安排的“讨论与交流”目的是使学生体会能量子假说与经典物理的传统观念格格不入．过去，人们总认为一切自然过程都是连续的，比如能量的传递和释放中，宏观状态下的能量总是由一切微观状态下的能量连续排列组合而成，中间毫不间断．因此，“能量子假说”是对经典物理学理论的重大突破．2．光子说：对光电效应的解释光电效应是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的另一典型现象．教学中应重点将经典物理和光子说对光电效应现象的解释(注意指出一个电子吸收一个光子的能量)进行对比，使学生能将经典物理以“光是电磁波，它的能量是连续的”这种观点对光电效应现象作出解释时与实验事实的矛盾，与光子说对这些矛盾的圆满解释相对照，从而领悟光具有粒子性．出于降低难度考虑，教材中仅介绍了“光电效应的产生与光的频率有关而与强度无关”这一现象特征，教学中可视学生情况决定是否补充介绍其他特征(参见课程资源《光电效应》)．如果学校条件容许，最好能安排光电效应演示实验或者根据教学实际需要，设计制作多媒体课件，利用计算机模拟实验，尽可能为学生提供一种研究、探索的情景，同时辅以积极的思维活动，不仅使学生较好地掌握了光电效应现象的本质，也使他们受到了一次物理实验方法的熏陶．3．光的波粒二象性：光的本性揭示由于学生没有学过关于“光的波动性”以及“干涉、衍射”的知识，对于认识“光的波粒二象性”显然难度较大．这里最好能做光的双缝干涉实验，结合实验现象来解释何为“概率波”，也可以借助语言，通过比喻或类比，进一步丰富学生的表象，如光的波粒二象性，我们可以想象：光似乎是一群“光子雨”，光的颜色反映出“雨点”的力量，雾霭茫茫，多像烟波；点点滴滴，又多像颗粒这里注意引导学生以全面的、辩证的观点认识事物．实际上光的波粒二象性取决于你观察问题的着眼点，就像我们常常用瞎子摸象来比喻同一个事物的不同侧面的反映，在微观世界中：大量光子运动产生的效果显示出波动性，个别光子运动产生的效果显示出粒子性，光在传播时显示波动性；与物质发生作用时往往显示粒子性．可以指导学生在课后进一步了解科学界关于“光的本性”的探索历程(参见课程资源《光的本质——波动说与微粒说的交锋》)，鼓励学生撰写小论文或分组交流、汇报各自的学习成果，从而使学生了解近代物理学的形成、发展的历程，这当中包括科学的假说、科学的遗憾、科学的突破、科学的争论、科学的蒙难；使学生在了解物理学史的过程中受到科学研究方法的熏陶，也使学生感受科学家脚踏实地、埋头苦干、不图功利的科学态度和崇高的思想品德．4．原子光谱：原子能量的不连续原子光谱是微观粒子能量不连续的典型现象，这里重在通过这一形象实例使学生更深地领会微观世界能量量子化的特征．量子论建立的意义教材没有作过多介绍，教学中可灵活处理，教师可以举例说明也可以布置学生查询量子论的发展对现代科技领域和社会发展的影响体现在哪些方面．可以向学生说明，普朗克的能量量子化思想、爱因斯坦的光量子假说以及之后的玻尔原子轨道量子化理论统称为旧量子论，具有一定的局限性，很难应用到更复杂的情况．1924年开始，为了摆脱旧量子论的局限性，物理学家们建立了全新的、描述微观世界运动的理论——量子力学，新的量子理论不仅能胜任旧量子理论的全部任务，而且能够准确地描述更复杂的现象，并方便地应用到更广泛的领域(参见课程资源《量子力学的建立和意义》)．也可指导学生在课后了解量子论进一步发展为量子力学的过程以及量子力学与科技、生活的密切联系．注意应向学生说明，量子论和量子力学的建立并不是完全否定了经典力学，它只是在微观世界领域否定了经典物理中根深蒂固的连续性概念和决定论思想，事实上宏观的经典物理是量子物理的极限形式．本节教学中应注重突出科学假说的作用和渗透科学假说的思想方法，这是培养学生创新思维的重要途径．对21世纪知识经济时代中参与竞争的学生，培养探究形成假说的能力、严密思维的能力和创新思维的能力无疑是十分必要和十分紧迫的．量子物理的发展与假说方法联系密切，从黑体辐射问题的研究中出现的“紫外灾难”，到1900年普朗克的能量子假说，到1905年爱因斯坦“光量子假说”，到玻尔量子理论解释原子问题，建立旧量子论，到海森堡、薛定谔提出量子力学，再应用爱因斯坦相对论提出相对论量子力学的整个量子理论的发展，无不体现了从假说——理论——新假说——新理论……的循环发展模式，而每一次的发展都是对前一层次理论(假说)的继承、完善和修改，又是后一层次理论(假说)的重要台阶．应引导学生体会假说的意义和方法，使学生了解：卜个自然现象，在其未被揭示出科学本质之前，人们对它的认识是很不完整的，甚至是片面的，只能借助于假说的形式进行研究与探索．当某一假说被大量事实所证实时，它就发展成一种理论；当新的科学事实又积累到一定程序与假说相矛盾时，又必须提出新的假说或修改、补充原来的假说，以便能圆满地解释事实，进而促进理论的进一步研究与发展．因此假说是物理学研究中理论发展必不可少的方法与桥梁．小结作业。

1 经典力学的成就与局限性[学习目标] 1.了解经典力学在科学研究及生产技术中的广泛应用.2.知道经典力学的局限性和适用范围．一、经典力学的成就与局限性1．经典力学：又称牛顿力学，经典力学体系是时代的产物，是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论．它是整个现代物理学和天文学的基础，也是现代许多门类工程技术的理论基础．2．经典力学的成就英国物理学家牛顿在1687年出版的著作《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系．经典力学只用几个基本的概念和原理就可以说明行星和卫星的轨道、开普勒的行星运动定律、彗星运动、落体运动、海洋的潮汐、汽车的运动、足球的运动以及宏观世界中人们日常看到的种种运动．3．牛顿的绝对时空观：时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关．4．经典力学的局限性：不能解释高速运动领域的许多客观现象；不能解释微观世界丰富多彩的现象．二、经典力学的适用范围经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场，超出以上范围，经典力学失效，要由相对论、量子论等来取代．判断下列说法的正误．(1)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了．(×)(2)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用．(×)(3)受到很强的引力作用的物体的运动，不能用经典力学理论解释．(√)(4)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了．(√)(5)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用．(×)经典力学的成就和局限性如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：图1(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？答案(1)不适用(2)不适用1．经典力学的成就：(1)经典力学体系是时代的产物，是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础．(2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响．2．经典力学的局限性及适用范围：(1)现代物理学已经揭示，超出宏观的、日常生活经验的领域，经典力学常常就不适用了．(2)牛顿的绝对时空观认为时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关，它割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．(3)经典力学认为，一切运动都是连续变化的，能量也是连续变化的，经典力学的运动观虽然给出了一幅机械运动的图景，却不能解释微观世界丰富多彩的现象．(4)经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场的范围，经典力学对v→c、受到很强的引力作用的物体或活动范围在10－10 m以内的微观粒子的运动，不再适用．经典力学与相对论、量子力学并不矛盾，相对论、量子力学也没有否定经典力学.经典力学是相对论、量子力学在宏观、低速、弱引力作用条件下的特殊情况.例1(多选)关于经典力学，下列说法正确的是( )A．经典力学是科学家通过探索身边的物体的运动而总结出的运动规律B．经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此，它是完全正确的C．经典力学不适用于高速、微观领域，而自然界中又不存在惯性系，因此，它是完全错误的D．经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段，随着探索的深入，视野的开阔，必然存在不完善的方面答案AD解析分析时既要看到经典力学的伟大成就，又要注意到经典力学的局限性及适用范围．由于认识水平的局限，科学家最早研究的是身边的事物，经典力学就是科学家通过探索身边事物的运动而总结出的运动规律，A正确．经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，但随着人们探索的深入，视野的开阔，人们发现经典力学也有局限性，它不适用于高速、微观领域，所以B、C错误，D正确．例2(多选)经典力学能适用于下列哪些运动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器的运动D．微观粒子的运动解析经典力学只适用于低速运动，不适用高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界，所以不能适用于微观粒子的运动.1．(经典力学的成就与局限性)(多选)下列说法中正确的是( )A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的B．经典力学在任何情况下都适用C．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义答案AC解析牛顿运动定律是经典力学的基础，A正确；经典力学只适用于低速、宏观、弱引力场的范围，B错误，C 正确；相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，D错误．2．(经典力学的成就与局限性)(多选)关于经典力学的局限性，下列说法正确的是( )A．经典力学没有局限性B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了C．经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象D．经典力学的时间和空间分离的观点不准确答案BCD解析经典力学仅适用于宏观、低速物体的运动以及弱引力作用时的情况，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不再适用了，B对；经典力学无法解释微观领域中物质结构和能量不连续的现象，C对；同样D也对．3．(经典力学的适用范围)牛顿力学的适用范围是( )A．适用于宏观物体的低速(与光速相比)运动B．适用于微观粒子的运动C．适用于宏观物体的高速(与光速相比)运动D．适用于受到强引力作用的物体答案 A解析牛顿力学属于经典力学，它只适用于低速、宏观物体的运动以及弱引力作用时的情况．故A对，B、C、D 错．4．(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( )A．低速、宏观、弱引力下的运动问题B．高速、微观、弱引力下的运动问题C．低速、微观、强引力下的运动问题D．高速、宏观、强引力下的运动问题【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学的认识5．(经典力学的适用范围)(多选)下列服从经典力学规律的是( )A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C．物体运动的速率接近于真空中的光速D．地壳的变动答案ABD解析经典力学适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B、D正确；当物体运动的速率接近于光速时，经典力学就不适用了，故C错误．。

1经典力学的成就与局限性 2了解相对论(选学) 3初识量子论(选学) 学习目标知识脉络(教师用书独具)1.知道经典力学的局限性和适用范围．(重点)2．初步了解相对论时空观中的基本观点．(难点)3．了解狭义相对论和广义相对论．4．了解量子论的基本内容.一、经典力学的成就与局限性1．经典力学的成就(1)经典力学的基础是牛顿运动定律和万有引力定律．(2)经典力学能说明行星和卫星的轨道、开普勒的行星运动定律、彗星运动、落体运动、海洋的潮汐、汽车的运动、足球的运动以及宏观世界中的种种运动．(3)经典力学的思想方法影响到了化学和生物等自然科学领域，也影响了艺术、政治、哲学等社会科学领域．2. 经典力学的局限性(1)经典力学的绝对时空观①内容：时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关．②局限性：割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．(2)经典力学的运动观①成就：牛顿所总结的运动定律，确立了严格的、用数值表示的机械运动的因果关系．②局限性：不能解释微观世界的现象．3．经典力学的适用范围(1)适用范围：适用于宏观(＞10－10 m)、低速(v≪c)、弱引力场(例如地球附近)中的运动物体．(2)超出了以上范围要由相对论、量子论取代．二、了解相对论和量子论(选学)1．狭义相对论爱因斯坦针对经典力学的运动规律在处理微观、高速时所遇到的困难，创立了狭义相对论．狭义相对论的主要效应有：(1)长度收缩：在观测运动的物体时，物体沿运动方向上的长度会收缩，即L(2)时钟变慢：在观测运动的时钟时，时钟显示的时间变慢，即τ(3)质量变化：物体的质量随速度的增大而增大．(4)质能关系：物体的质量和能量之间存在着相互联系的关系，关系式为：E＝mc2.(5)速度上限：任何物体的速度都不能超过光速．一般情况下，由于物体的速度v≪c，相对论效应消失，其结果还原为经典力学．因此认为经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．2．广义相对论(1)爱因斯坦于1916年创立了广义相对论．根据该理论推得一些结果，例：(a)当光线通过强引力场时，光线会发生偏折，即时空会发生“弯曲”．(b)引力场存在引力波．(2)广义相对论把数学与物理学紧密地联系在了一起．3．量子论的基本内容(1)量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的．(2)量子论认为，微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子．(3)微观粒子有时显示出波动性，有时又显示出粒子性，这种在不同条件下分别表现出经典力学中的波动性和粒子性的性质称为波粒二象性，在粒子的质量或能量越大时，波动性变得越不显著，所以我们日常所见的宏观物体，实际上可以看做只具有粒子性．(4)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能(填“不可能”或“一定”)同时具有确定的数值．例如粒子的位置和动量，其中的一个量愈确定，另一个量就愈不确定，粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计规律．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)经典力学的基础是牛顿运动定律．( )(2)经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关． ( )(3)经典力学可以研究质子、中子等微观粒子的运动规律．( )(4)物体高速运动时，沿运动方向上的长度会变短．( )(5)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变． ( )(6)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．( )【提示】(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√2．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域B．地球表面上的物质世界C．人眼能看到的物质世界D ．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界D [前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.]3．(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( )A ．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B ．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C ．不同领域的事物各有其本质与规律D ．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律BCD [人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．所以A 错，B 、C 、D 对．]4．(选做)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 D [由公式l ＝l 01－v 2c2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．]1．速度(1)低速与高速的概念：通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等．有些微观粒子，在一定条件下，其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速．(2)速度对物理规律的影响：对低速运动问题，一般用经典力学规律来处理．对高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理．2．微观粒子的运动特点(1)微观粒子既有粒子性，又有波动性．就单个粒子而言，运动没有确定的运动轨迹．(2)19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学来描述．(3)20世纪20年代，建立了量子力学，用量子力学理论就可以解决微观粒子的运动问题．【例1】下列说法中正确的是 ( )A．经典力学能够说明微观粒子的规律性B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的问题C．相对论与量子力学的出现，表示经典力学已失去意义D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍能适用B[经典力学适用于低速宏观问题，不能说明微观粒子的规律性，不适用于宏观物体的高速运动问题．A、D错误，B正确．相对论与量子力学的出现，并不否定经典力学，只是说经典力学有其适用范围，C错误．]理解经典力学的适用范围从以下几个方面(1)宏观：经典力学中，物质的粒子性和波动性是对立的，而微观粒子既具有粒子性又具有波动性，只能用量子力学来说明．(2)低速：经典力学中认为运动物体的质量不变，处于绝对时空中，而对接近光速的高速运动物体，物质的质量和时空都是变化的，因此，对于高速运动物体要用相对论理论解决．(3)弱引力场：在强引力场中，由相对论和经典力学计算出的物体运动结果差异很大，相对论结果才是正确的．1．经典力学不能适用于下列哪些运动( ) A ．火箭的发射B ．宇宙飞船绕地球的运动C ．“勇气号”宇宙探测器在火星着陆D ．微观粒子的波动性D [经典力学适用于宏观物体的低速运动，故经典力学对A 、B 、C 都能适用，对D 不适用．]1．尺缩效应运动长度l 会收缩，l ＝l 01－v 2c2，l 为沿运动方向观测到的物体长度，l 0为物体静止时观测到的长度，在垂直于运动方向上，物体的长度没有变化．2．钟慢效应 运动时钟会变慢，τ＝τ01－v 2c2，即运动时钟显示的时间τ比静止的时钟显示的时间τ0延缓了，而时钟的结构并没有改变．3．质速关系物体的质量m 随速度v 的增大而变大，m ＝m 01－v 2c2，m 0为静止时的质量，m 为运动时的质量．4．质能关系质量m 和能量E 之间存在着一个相互联系的关系式：E ＝mc 2，式中c 为光速． 5．任何物体的速度不能超过光速．6．当v ≪c 时，相对论效应消失，其结果还原为经典力学，因此经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．【例2】 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A [在火箭A 看来，地面和火箭B 都高速远离自已，由t ＝t 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2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vA ＞v B ，故地面的时钟最慢，因此A 正确，B 、C 、D 错误．]时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法1．(1)“钟慢效应”或“动钟变慢”是在两个不同惯性系中进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化，而是在不同参考系中对时间的观测效应．(2)运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了．2．(1)长度收缩效应是狭义相对论时空观的一种体现，即在不同惯性系中的观测者对同一物体的同一个空间广延性进行观测，测得的结果不同．(2)这种沿着运动方向的长度的变化是相对的；另外垂直于速度方向的长度不变．2．假设有兄弟俩个，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C [根据公式t ＝t 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，物体的速度越大，其时间进程越慢．]1．17世纪末，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，建立了完整的经典力学体系，使物理学从此成为一门成熟的自然科学的科学家是 ( )A ．牛顿B ．开普勒C ．笛卡儿D ．伽利略A [牛顿创建了完整的经典力学体系，故A 正确．] 2．下列说法正确的是 ( )A ．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B ．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大C ．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大D ．上述说法都是错误的C [在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大，二者在速度远小于光速时是统一的，故只有C 正确．]3．(多选)关于经典力学、相对论和量子力学，下面说法中正确的是 ( ) A ．相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论B ．在物体高速运动时，物体的运动服从相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律C ．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D ．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的BC [相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，A 错．经典力学适用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题，经典力学不再适用，但相对论、量子力学适用，故B 、C 对，D 错．]4．(多选)关于经典力学的成就，下列说法正确的是( )A ．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次综合，是人类认识史上的一次重大飞跃B ．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性C ．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例- 11 - D ．经典力学是最早形成的物理理论，对后来的理论有重要影响ACD [经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，时间的相对性是相对论的观点，故A 对，B 错；航天器的发射与运行是牛顿力学规律的应用范例，故C 对；同样，D 也对．]5．把电子从v 1＝0.9c 加速到v 2＝0.97c 时电子的质量增加多少？(已知电子静止质量m 0＝9.1×10－31 kg)[解析] 电子速度为v 1时电子质量为m 1＝m 01－(v 1c )2＝m 01－0.92电子速度为v 2时电子质量为m 2＝m 01－(v 2c )2＝m 01－0.972电子质量增量为Δm ＝m 2－m 1＝1.66×10－30 kg. [答案] 1.66×10－30 kg。

——教学资料参考参考范本——高中物理第五章经典力学的成就与局限性2了解相对论(选学)3初识量子论(选学)学案教科版必修2______年______月______日____________________部门[学习目标] 1.知道狭义相对论中运动长度l和运动时钟及质量随运动速度的变化规律.2.知道爱因斯坦质能关系，知道经典力学是相对论力学在低速情况下的近似.3.了解微观现象中的不连续性或量子性.4.知道微观粒子具有波粒二象性；知道微观粒子运动不遵守确定性规律而遵守统计性规律；初步了解量子论的作用．一、了解相对论1．狭义相对论中的主要效应(1)运动长度l会收缩，即l＝l0.(2)运动时钟会变慢，即τ＝ .(3)物体质量m随速度v的增大而变大，其关系为m＝ .(4)质量m和能量E之间存在着一个相互联系的关系式：E＝mc2，称为质能关系，式中c是光速．(5)任何物体的速度不能超过光速c.2．广义相对论点滴(1)当光线通过强引力场时，光线在引力场中会发生偏折．(2)广义相对论是数学与物理学相结合的典范．在广义相对论中，时间、空间、物质与运动是紧密地联系在一起的．二、量子论的基本内容1．量子论认为微观世界的某些物理量不能连续变化而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子．2．一切微观粒子都具有波粒二象性．3．由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能同时具有确定的数值．判断下列说法的正误．(1)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．(×)(2)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大．(√)(3)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的．(√)(4)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的．(×)一、了解相对论1．地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案(1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速．(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了．2．在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？答案在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的．1．低速与高速(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体．(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速．2．速度对质量的影响(1)在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变．(2)爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即m＝，其中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速．在高速运动时，质量的测量结果是与运动状态密切相关的．3．速度对物理规律的影响对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理．对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理．4．位移、时间与参考系的关系经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同．例1 在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动．问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？答案l03错误!解析本题中正立方体相对于另一坐标系以速度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错误!测得立方体的体积为V＝l02l＝l03错误!物体静止长度l0和运动长度l之间的关系为：l＝l01－v2c2上面的式子说明，相对于地面以速度v运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多．理解：(1)在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象．(2)我们平常观察不到这种长度收缩效应，是因为我们生活在比光速低得多的低速世界里，长度收缩效应极不明显，即使运动物体的速度达到v＝30 000 km/s(即0.1c)，长度收缩效应也只不过是5‰，因此，在低速运动中，v≪c，l≈l0，长度收缩效应可忽略不计．例2 A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA>vB，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上的时钟走得最慢答案A解析在火箭A上的人看来，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上的时钟都变慢了，且vA>vB，故地面的时钟最慢，因此A正确，B、C、D错误．运动的时钟变慢，即τ＝τ01－v2 c2理解：(1)时间延缓效应是时空的一种属性：在运动参考系中的时间节奏变慢了．(一切物理过程、化学过程乃至观察者自己的生命节奏都变慢了)(2)由于运动是相对的，故在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时，总能感到时间延缓效应．(3)日常生活中的时间延缓效应可以忽略不计，在运动速度接近光速时，则变得特别明显．例3 微观粒子的速度很高，它高速运动时的质量明显大于静止时的质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．如图1所示，1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功．在粒子对撞中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的.试求此时电子的质量变为静止时质量的多少倍？图1答案 1.15倍解析设电子静止时的质量为m0，根据爱因斯坦狭义相对论中高速运动时的质量与静止质量的关系得m＝＝≈1.15m0.【考点】速度对质量的影响【题点】速度对质量的影响在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量m0称为静止质量.在相对物体以速度v运动的惯性系中测量，物体的运动质量为m ＝.由于v<c，所以m>m0，速度v越大，运动质量也越大.二、量子论的基本内容带电物体所带的电荷量能连续变化吗？答案最小的电荷量是一个电子(或质子)所带的电荷量，带电体所带的电荷量只能是一个电子(或质子)所带电荷量的整数倍，故电荷量不能连续变化．经典力学与相对论、量子理论的比较(1)区别狭义相对论经典力学适用于低速运动的物体；狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律量子力学经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律广义相对论经典力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好；爱因斯坦的广义相对论能够解释强引力情况下的作用规律(2)联系①当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．②当另一个重要常量即“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．③相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形．例4 关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是( )A．狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论B．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例C．经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的答案B解析相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确．经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误．【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识1．(对相对论的了解)关于经典物理学和相对论，下列说法正确的是( )A．经典物理学和相对论是各自独立的学说，互不相容B．相对论完全否定了经典物理学C．相对论和经典物理学是两种不同的学说，二者没有联系D．经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用范围内仍然成立答案D解析经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，即只要速度远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故B、C错误；经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D正确．2．(经典力学、量子力学和狭义相对论)下列说法中正确的是( ) A．经典力学适用于任何情况下的任何物体B．狭义相对论否定了经典力学C．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D．万有引力定律也适用于强相互作用力答案C解析经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A项错误；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B项错误；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律，故C项正确；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D项错误．【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识3．(钟慢效应)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．(尺缩效应)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．5．(速度对质量的影响)真空中的光速为c＝3.0×108 m/s，如果一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108 m/s时，质量为多少？答案 2.25 kg解析根据狭义相对论，m＝，由题意知m1＝，m2＝m01－v22 c2所以＝＝＝，所以m2＝m1＝2.25 kg.。

第3节 初识量子论（选学）教学过程（一）引入新课（二）进行新课1．黑体与黑体辐射教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。

学生：阅读教材关于热辐射的描述。

教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。

并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。

（1）热辐射现象固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

所辐射电磁波的特征与温度有关。

例如：铁块 温度↑从看不出发光到暗红到橙色到黄白色从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。

（2）黑体教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。

不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。

概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。

教师：课件展示黑体模型。

不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。

如图所示。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

2．黑体辐射的实验规律 教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。

如图所示。

黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

教师：提出问题，设置疑问。

怎样解释黑体辐射的实验规律呢？在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。

德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。

结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。

课件展示：瑞利--金斯线。

见课件。

黑体模型 ),(0T e 实验结果3．能量子：超越牛顿的发现教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。

必然会促使人们去发现新的理论。

这就是能量子概念。

1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。

2019-2020学年高中物理第五章经典力学的成就与局限性 3 初识量子论教案2 教科版必修2教学过程（一）引入新课（二）进行新课1．黑体与黑体辐射教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。

学生：阅读教材关于热辐射的描述。

教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。

并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。

（1）热辐射现象固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

所辐射电磁波的特征与温度有关。

例如：铁块温度↑从看不出发光到暗红到橙色到黄白色从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。

（2）黑体教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。

不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。

概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。

教师：课件展示黑体模型。

不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。

如图所示。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

2．黑体辐射的实验规律教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。

如图所示。

黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

教师：提出问题，设置疑问。

怎样解释黑体辐射的实验规律呢？在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。

德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。

结果导致理论与实验黑体模型规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。

课件展示：瑞利--金斯线。

见课件。

3．能量子：超越牛顿的发现教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。

必然会促使人们去发现新的理论。

第一节 牛顿力学的成就与局限性 第二节 相对论时空观 第三节 宇宙起源和演化学习目标：1.[物理观念]了解牛顿力学的局限性和适用范围。

2.[物理观念]了解狭义相对论的基本假设。

3.[物理观念]了解近现代宇宙模型。

一、牛顿力学的成就与局限性1．绝对时空观(1)惯性参考系：牛顿运动定律成立的参考系。

(2)非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系。

(3)伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律都具有相同的形式。

(4)绝对时空观：绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定自身均匀地流逝着，而与一切外界事物无关，绝对空间的自身特性与任何外界事物无关，它处处均匀，永不移动。

2．牛顿力学的成就 牛顿力学把宇宙中的天体和地面上的物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。

3．牛顿力学的局限性和适用范围牛顿力学只适用于低速(远小于光速)、宏观(人类可感知尺度)、弱引力场(如地球附近)和计量精度要求不高的情况。

二、相对论时空观1．狭义相对论的基本假设(1)相对性原理：在所有的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。

(2)光速不变原理，在所有的惯性参考系中，测得的真空中的光速都相同。

2．时空相对性(1)同时性的相对性，在一个惯性参考系中同时发生的两个事件，在另一个惯性参考系看来是不同时的。

(2)时间延缓：①公式：Δt ′＝Δt 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，因为1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＜1，所以总有Δt ＞Δt ′。

②意义：在站台上将观测到火车上的时间进程变慢了，而在运动参考系里的人认为一切正常，这就是时间间隔的相对性，也称为“时间延缓”。

(3)长度收缩①公式：l ′＝l 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，由于1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＜1，所以总有l ′＜l 。

②意义：物体相对于观察者运动时，在运动的方向上，观测者测量到该物体的长度要缩短，而垂直于运动方向的长度不会发生变化，这就是空间距离的相对性，也称为“长度收缩”。