鲁科版高中物理必修二 第六章 相对论与量子论初步.doc
高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界学案鲁科版必修二
第1节 高速世界一、两个基本原理和两个效应阅读教材第110～114页的内容，了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。
1.两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。
(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c 都一样(c ＝3×108m/s)。
2.两个效应(1)时间延缓效应①在相对论时空观中，高速运动的时钟比静止的时钟走得慢。
②关系式：Δt Δt 为运动时间，Δt′为静止时间。
(2)长度收缩效应①在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止的惯性系中测出的长度短。
思维拓展我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？ 答案 根据长度收缩效应表达式l′＝l 1－v2c2，因为我们生活在低速世界中，v ≪c ，l ′近似等于l ，故此现象不明显。
二、质速关系 质能关系 时空弯曲阅读教材第114～118页的内容，了解质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对论知识解释简单的现象。
1.质速关系当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m 0最小，称为静止质量。
当物体相对于某惯性系以速度v 运动时，在此惯性系内观测它的质量m ，物体的质量随速度的增大而增大。
在低速运动中，质量的变化可以忽略不计。
2.质能关系按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E ＝mc 2，称为质能关系式。
物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加，其关系为ΔE ＝Δmc 2。
3.时空弯曲爱因斯坦的理想实验：(1)科学预言：加速运动能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲。
在宇宙中，物质质量大、密度高的区域时空弯曲大；物质稀少的地方，时空弯曲小。
(2)实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲的数值，与广义相对论的理论预言相当吻合。
(3)进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。
引力不但影响空间，而且影响时间即时空弯曲。
惯性系内观测它的质量m ，物体的质量随速度的增大而增大。
鲁科版高中物理必修二高一单元测试第六章相对论与量子论初步1.docx
高中物理学习材料第6章相对论与量子论初步第1节高速世界第2节量子世界本章测评（时间：90分钟；满分：100分）一、选择题（本题共14小题，每小题4分，共56分）1.以下效应属于狭义相对论的是（）A.时间延缓B.长度收缩C.质量变大D.时空弯曲解析：A、B、C都属于狭义相对论，D属于广义相对论.答案：ABC2.下列说法正确的是（）A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B.时间和空间不依赖人们的意识而存在C.时间和空间是绝对的D.时间和空间是紧密联系、不可分割的解析：根据狭义相对论的观点，时间和空间都不是绝对的，都是相对的.时间和空间不能割裂，是紧密联系的.所以选项A、B、C错误，选项D正确.答案：D3.一只长的标尺以相对论速度穿过一根几米长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的.以下哪种叙述最恰当地描述了标尺穿过管子的情况（）A.标尺收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B.标尺收缩变短，因此在某些位置上，标尺从管子的两端伸出来C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住标尺D.所有这些都与观察者的运动情况有关解析：观察者的运动情况不同，选取不同的惯性系，标尺与管子的相对速度也不相同，观察到的标尺和管子的长度也不相同，所以选项D正确.答案：D4.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.能量的不连续现象解析：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误.能量的不连续现象涉及量子论不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.答案：AB5.如果宇航员驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动（ ）A.你的质量在减少B.你的心脏跳动在慢下来C.你永远不能由自身的变化知道你是否在运动D.你在变大解析：宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A 、B 、D 错误，选项C 正确.答案：C6.用光照射金属表面，没有发射光电子，这可能是（ ）A.入射光强度太小B.照射的时间太短C.光的波长太短D.光的频率太低解析：能否发生光电效应主要取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关.没有发射光电子，说明入射光的能量太低，即光的频率太低.所以选项A 、B 、C 错误，选项D 正确.答案：D7.光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则（ ）A.若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的最大初动能可能不变B.若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少C.若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出D.若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的最大初动能增加解析：逸出电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，所以选项A 、C 错误.光的强度减弱，光子数减少，单位时间内逸出的光电子数也将减小，所以选项B 正确，D 错误.答案：B8.下列关于光子的说法中正确的是（ ）A.在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子B.光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大C.光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比D.光子可以被电场加速解析：根据爱因斯坦的光子说，光子是一份一份的，每一个光子的能量与光的频率成正比，与光强无关，所以选项A 、C 正确，选项B 错误.光子不带电，所以不能被电场加速，所以选项D 错误.答案：AC9.根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E 的轨道跃迁到能量为E ′的轨道，辐射出波长为λ的光.以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则E ′等于（ ）A.E －hc λ B.E+h cλ C.E －h λc D.E+h λc 解析：根据能量守恒可知E ＝E ′+E 光，由光子说得E 光＝h λc ，所以E ′＝E －E 光＝E －h λc . 答案：C10.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63 ×10-34 J ·s ，光速为c ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率为（ ）A.2.3×10-18 WB.3.8×10-19 WC.7.0×10-48 WD.1.2×10-48 W .解析：P ＝nh ν＝nh λc ＝6×6.63×10-34×9810530103-⨯⨯ W=2.3×10-18 W. 答案：A11.下列关于物质波的认识，正确的是（ ）A.任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B.X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D.物质波是一种概率波.解析：运动的物体才有物质波，A 错.X 光是波长极短的电磁波，它的衍射不能证实物质波的存在，故B 错，C 、D 正确.答案：CD12.按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从半径为r A 的圆周轨道上自发地直接跃迁到一个半径为r B 的圆周轨道上，r A ＞r B .关于原子发射光子的频率，说法正确的是（ ）A.原子要发出一系列频率的光子B.原子要吸收一系列频率的光子C.原子要发出某一频率的光子D.原子要吸收某一频率的光子.解析：根据玻尔理论，电子从高能级向低能级跃迁时，原子要发出某一频率的光子，且满足h ν＝E m －E N .所以选项C 正确.答案：C13.光电效应实验的装置如图6-1所示，则下面的说法中正确的是（ ）A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷图6-1解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线），验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电.这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A 、D 选项正确.红光不能使锌板发生光电效应.答案：AD14.金属在一束频率为ν1的光照射下恰能发生光电效应，改用另一束强度相同、频率为ν2（ν2>ν1）的光照射时，则（ ）A.逸出的光电子初动能增加，光电子数增加B.逸出的光电子初动能增加，光电子数减少C.逸出的光电子初动能增加，光电子数不变D.逸出的光电子初动能不变，光电子数增加解析：因为各种金属有确定的逸出功，入射光的频率增大，光子的能量也增大，被电子吸收扣除逸出功后剩下的能量也增加，所以转化为光电子的初动能也增加.D 肯定错.当两束光强度相同时，频率为ν2的光子的能量大，所以单位时间内到达金属表面每单位面积的光子数将减少，逸出的光电子数也减少.答案：B二、非选择题（共44分）15.（4分）硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有N 个频率为γ的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（h 为普朗克常量）____________.解析：每个光子的能量为h ν，则N 个光子的能量为Nh ν.答案：Nh ν16.（6分）已知氢原子的基态能量是E 1=－13.6 eV ，第二能级E 2=－3.4 eV.如果氢原子吸收__________eV 的能量，立即可由基态跃迁到第二能级.如果氢原子再获得1.89 eV 的能量，它还可由第二能级跃迁到第三能级，因此氢原子第三能级E 3=__________eV.解析：ΔE 1=E 2－E 1=-3.4 eV －（－13.6 eV ）=10.2 eV ，E 3＝E 2+ΔE 2＝－3.4 eV+1.89 eV ＝－1.51 eV.答案：10.2 －1.5117.（10分）有文献报道在高为1 981 m 的山顶上测得563个μ子进入大气层，在海平面测得408个.已知μ子下降速率为0.995c ，c 表示真空中光速.试解释上述所测结果（静止μ子的半衰期为2.2×10－6s ）.解析：由于μ子高速运动，相对于地面惯性系，μ子的半衰期会变长.答案：根据Δt=2622995.01102.21-⨯=-'∆-c v t s=2.2×10-5 s ，即μ子的半衰期变为2.2×10-5s ，而μ子从山顶下落到地面的时间为8103995.01981⨯⨯ s=6.64×10-6 s.所以会有少量μ子发生衰变.18.（12分）有一功率为1 W 的光源，发出某种波长的单色光.在距光源3 m 处有一金属板，经测量得到每单位时间内打到金属板单位面积上的光子数为2.6×1016个，由此计算可得到该光束的波长为多长？解析：根据能量守恒可得：λπc nh R P =24， λ=Pnhc R 24π =11031063.6106.2314.34834162⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-m=5.85×10-7 m. 答案：5.85×10-7m19.（12分）用功率P 0=1 W 的光源照射离光源r=3 m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ=5 890 nm 的单色光，试计算：（1）1 s 内打到金属板1 m 2面积上的光子数；（2）若取该金属原子半径r 1=0.5×10－10m ，则金属表面上每个原子平均需隔多长时间才能接收到一个光子？解析：发光机理的实质是能的转换，即把其他形式的能量转换成光子的能量，根据光源的功率算出1 s 内辐射的总能量，由每个光子能量E=h ν即可算出总光子数，因为1 s 内辐射的这些光子，都可以看成是均匀分布在以光源为中心的球面上，于是由面积之比就可算出1 s 内单位面积上的光子数.（1）离光源3 m 处的金属板每1 s 内单位面积上接收的光能为 P=22034114⨯⨯=ππr t P J/(m 2·s)=8.9×10－3J/(m 2·s)=5.56×1016eV/(m 2·s) 因为每个光子的能量为E=h ν=9834105891031063.6--⨯⨯⨯⨯=c hλ J=3.377×10－19J=2.11 eV 所以单位时间内打到金属板上单位面积的光子数为 n=11.21056.516⨯=E P 个=2.64×1016个 这是一个十分庞大的数字，可见，即使在光强相当弱的情况下，辐射到板面上的光子数仍然极多，因此，辐射的粒子性在通常情况下不能明显地表现出来.（2）每个原子的截面积为S 1＝πr 12＝π×（0.5×10－10）2 m 2＝7.85×10－21m 2把金属板看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面积上每秒内接收到的光子数为n 1 = nS 1 = 2.64×1016×7.85×10－21=2.07×10－4每两个光子落在原子上的时间间隔为Δt=411007.211-⨯=n s=4 830.9 s. 答案：（1）2.64×1016个 （2）4 830.9 s。
鲁科版高中物理必修二 第六章 相对论与量子论初步
高中物理学习材料（马鸣风萧萧**整理制作）鲁科版物理必修二 第六章 相对论与量子论初步单元测试一、选择题（本题有7个小题。
每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确）1.(2008年江苏高考)惯性系S 中有一边长为l 的正方形（如图A 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 ( )2.(江苏省盐城中学2009届高三物理复习选修3-4模块测试)1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（ ）A 、同时的绝对性与同时的相对性B 、运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C 、时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D 、相对性原理与光速不变原理3.(渭南市2009年高三教学质量检测Ⅱ)为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程，E=mc 2科学家用中子轰击硫原子，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m 1，捕获中子后的原子质量为m 2，被捕获的中子质量为m 3，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=(m 1－m 2－m 3)c 2B. ΔE=(m 1+m 3－m 2)c 2C. ΔE=( m 2－m 1－m 3)c 2D. ΔE=( m 2－m 1+m 3)c 2 4、(天津市2009届高三六校联考)如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭B 是“追赶”光的；火箭A 是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面ABCD光的速度为v ，则两火箭上的观察者测出的光速分别为 ( )A ．v c +,v c - B ．c , c C ．v c -,v c + D ．无法确定5、（云南省玉溪民中2009届高三第九次阶段性考试）氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级辐射出a 光，从n=4的能级跃迁到n=2的能级辐射出b 光。
鲁科版高中物理必修二 第六章 相对论与量子论初步 单元检测
鲁科版高中物理必修二第六章相对论与量子论初步单元检测一、单选题1.处于n=5能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有（）A. 6种B. 8种C. 10种D. 15种2.如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，那么对氢原于在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（）A. 氢原子由基态跃迁到n=3能级时会放出能量为12.09eV的光子B. 一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光C. 一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eVD. 用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原于跃迁到激发态3.下列说法正确的是（）A. 重核裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能B. 氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时只会辐射出两种不同频率的光C. 比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要放出能量D. β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的4.一个X核与一个氚核结合成一个氦核时放出一个粒子Y，由于质量亏损放出的能量为△E，核反应方程是X+ H→ He+Y；Y可以通过释放一个电子而转化为质子．下列说法中不正确的是（）A. Y是中子B. U可以俘获Y发生裂变反应C. X+ H→ He+Y是原子核的人工转变方程D. 核反应X+ H→ He+Y中亏损的质量为5.下列说法中正确的是（）A. 卢瑟福通过a粒子散射实验证实了在原子内部存在质子B. 波尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了所有原子光谱的实验规律C. 氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核D. 铀核（U）衰变成铅核（Pb）要经过8次α衰变和6次β衰变6.一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，其核反应方程是，以下说法正确的是( )A. X是质子，反应过程中有质量亏损B. X是中子，反应过程中有质量亏损C. X是质子，反应过程中没有质量亏损D. X是中子，反应过程中没有质量亏损7.在正负电子对撞机中，一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子．设正、负电子的质量在对撞前均为m，对撞前的动能均为E，光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则对撞后转化成光子的波长等于（）A. B. C. D.8.中国“北斗三号”全球组网卫星计划将在2019年7月左右进行首次发射．“北斗三号”采用星载氢原子钟，其精度将比“北斗二号”的星载铷原子钟提高一个数量级．如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是（）A. 处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子B. 欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09eV 的光子照射C. 当氢原子从n=5的状态跃迁到n=3的状态时，要吸收光子D. 用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射金属铂（逸出功为6.34eV）时不能发生光电效应9.在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为( )A. 洞口为椭圆形，长度变短B. 洞口为圆形、长度不变C. 洞口为椭圆形、长度不变D. 洞口为圆形，长度变短10.氘和氚发生聚变反应的方程式是：H+ H→ He+ n+17.6MeV，若有2g氘3g氚全部发生聚变反应，N A为阿伏加德罗常数，则释放出的能量是（）A. N A×17.6MeVB. 2N A×17.6MeVC. 3N A×17.6MeVD. 5N A×17.6MeV11.下列氢原子的线系中对波长最短波进行比较，其值最小的是( )A. 巴耳末系B. 莱曼系C. 帕邢系D. 布喇开系二、多选题12.如图为氢原子能级图．下列说法正确的是（）A. 一个处于n=3能级的氢原子，可以吸收一个能量为0.7eV的光子B. 一个处于n=3能级的氢原子，可以吸收一个能量为2eV的光子C. 大量处于n=3能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出3种频率的光子D. 用能量为10eV和3.6eV的两种光子同时照射大量氢原子，有可能使处于基态的氢原子电离13.如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法中正确的是（）A. 从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态时所发出的光的波长最短B. 这群氢原子能发出3种频率不同的光，且均能使金属钠发生光电效应C. 金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eVD. 从n=3的激发态跃迁到基态时所发出的光能使金属钠发生光电效应，且使光电子获得最大初动能14.下列说法中正确的是（）A. 一群氢原子处于n=3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出二种频率的光子B. 一个氢原子由n=3的激发态向低能级跃迁，最多可放出二种频率的光子C. 实际上，原子中的电子没有确定的轨道，所以玻尔的氢原子模型是没有实际意义的D. α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构15.氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光．已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1＞λ2，则另一个波长可能是（）A. λ1+λ2B. λ1﹣λ2C.D.三、填空题16.He核的平均结合能为7.1MeV，H核的平均结合能为1.61MeV，两个氘（H）核结合成一个氦核释放的结合能△E=________．17.按照玻尔的原子理论，氢原子中的电子离原子核越近，氢原子的能量________ （选填“越大”或“越小”）．已知氢原子的基态能量为E1（E1＜0），基态氢原子中的电子吸收一个频率为ν的光子被电离后，电子的动能为________（普朗克常量为h）．18.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=3向n=2的能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为________eV．现用光子能量为12.75eV的光照射一群处于基态的氢原子，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有________种．19.质子的质量m p，中子的质量为m n，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为________（真空中的光速为c）四、计算题20.一个氘核和一个氚核发生聚变，放出一个中子和17.6MeV的能量．计算2克氘和3克氚聚变放出的能量，并写出核反应方程．21. 21世纪，宇航员要在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，有一种设计中的空间站看起来像个大车轮，它绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这样就人为造出一个重力，若空间站半径是50 m，为了使边缘处的自由落体加速度与地球表面相同，空间站每分钟应转多少转？如果半径是100 m呢？五、综合题22.用质子轰击锂核生成两个α粒子，已知质子、α粒子、锂核的质量分别为m H、mα、m Li．（1）写出核反应方程：________．（2）该核反应的质量亏损△m=________．（3）该核反应释放的能量△E=________．23.1个质子的质量m p=1.007 277u，1个中子的质量m n=1.008 665u．氦核的质量为4.001 509u．这里u表示原子质量单位，1u=1.660 566×10﹣27kg．（已知：原子质量单位1u=1.67×10﹣27kg，1u相当于931.5MeV）（1）写出核反应方程；（2）计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量；（3）氦核的平均结合能？答案解析部分一、单选题1.【答案】C2.【答案】C3.【答案】A4.【答案】C5.【答案】D6.【答案】B7.【答案】C8.【答案】B9.【答案】D10.【答案】A11.【答案】B二、多选题12.【答案】B,C13.【答案】C,D14.【答案】B,D15.【答案】C,D三、填空题16.【答案】21.96MeV17.【答案】越小；hν+E118.【答案】1.89；519.【答案】(m p+m n﹣m）c2四、计算题20.【答案】解答：根据质量数守恒，新核的质量数：m=2+3﹣1=4根据电荷数守恒，新核的电荷数：z=1+1﹣0=2所以新核是氦核，核反应方程式为：2克氘的物质的量是1mol，3克氚的物质的量也是1mol，所以它们一起产生1mol的氦核，放出的热量是：=E o xN A=17.6x6.02x1023=1.06×1025MeV答：2克氘和3克氚聚变放出的能量是1.06×1025MeV ，该核反应方程是：21.【答案】在空间站的边缘，物体所受的惯性离心力为，物体所受的重力,题目要求，由此解出.这个角速度折合每分钟4.2转.由于所需角速度跟空间站半径的二次方根成反比，所以如果半径是100m，转速可以降为每分钟3.0转。
高中物理 第6章 相对论与量子论初步章末整合课件 鲁科版必修2
在相对论时空观中，运动时钟与静止时钟的关系：Δt＝ Δ1t－′vc22，由上式可以看出 v＜c，Δt＞Δt′，因此如果某时
钟所显示的某个物理过程经历的时间间隔小，我们称该时钟 走得慢，所以我们说运动的钟比静止的钟走得慢．时间延缓 效应是一种观测效应，不是时钟走快了或走慢了，也不是被 观测过程的节奏变化了．
章末整合
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相对论
1．(2011·江苏单科)如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔
A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发
出一个(yī ɡè)闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺
序是
( )．
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解析 因列车沿AC方向接近光速(ɡuānɡ sù)行驶，根据“同时”的相对 性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照 亮，答案为C. 答案 C
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2．(2011·江苏单科)下列(xiàliè)描绘两种温度下黑体辐射强度 与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是 ( )．体辐射的实验(shíyàn)规律：随着温度的升高；各波长 的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移 动，可知正确答案为A. 答案 A
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【新教材】高中物理 新鲁科版 必修2 第6章 相对论与量子论初步 章末复习课 课件
又地面上的物体，有GMRm2 ′＝m′g
由以上各式可得
T＝2Rπ
R＋g h3，v＝
Rg＋R2h，ω＝
gR2 R＋h3.
[答案] 见解析
2．已知地球半径为 R，地球表面重力加速度为 g，万有引力常 量为 G，不考虑地球自转的影响．
(1)求地球的质量 M； (2)求地球的第一宇宙速度 v； (3)若卫星绕地球做匀速圆周运动且运行周期为 T，求卫星距离 地面的高度 h.
[解析] (1)若不考虑地球自转的影响，则 GMRm2 ＝mg，所以，地 球的质量 M＝gGR2.
(2)若不考虑地球自转的影响，则 GMRm2 ＝mg＝mvR2， 所以，第一宇宙速度 v＝ gR.
(3)卫 星绕 地 球做 匀 速圆 周 运动 时 万有 引 力提 供 向心 力 ，即 GRM＋mh2＝m(R＋h)4Tπ22
2．双星模型的特点
【例3】 如图所示，质量分别为m和M的两个星球A和B在万 有引力作用下都绕O点做匀速圆周运动，星球A和B两者中心之间距 离为L.已知A、B的中心和O三点始终共线．A和B分别在O的两侧， 引力常量为G.
(1)求两星球做圆周运动的周期．
(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球
对于“黄金代换”式 GM＝gR2，绝对不可以理解为只要在地球表 面上就能成立，其成立是有条件的．“黄金代换”式成立的一般情形 有三种．
1．对于地球两极上的物体恒成立 处在地球两极上的物体，由于没有随地球自转而做匀速圆周运动， 地球对物体的万有引力等于物体的重力． 故 GMRm2 ＝mg，即有 GM＝gR2.
不考虑地球自转的影响，GMRm2 ＝mg
3 由以上两式解得：h＝
gR4π2T2 2－R.
[答案]
高中物理 第六章 相对论与量子论初步学案 鲁科版必修2
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。
高中物理 第6章 相对论与量子论初步 第1节 高速世界课
②关系式：l′＝__l___1_－__cv_22_。
思维拓展
我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？
(2)长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空 间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关。观测长度 l′与静止长度 l 之间 的关系：l′＝l 1－vc22，由于 v<c，所以 l′<l。这种长度观测效应被称为长度收缩。
[精典示例] [例1] (多选)一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出
第1节 高速世界
学习目标
核心提炼
2个基本原理——相对性原理、光速不 1.知道狭义相对论的两个基本原理。
变原理 2.了解时间的延缓效应和长度的收缩效应。
2个效应——时间延缓效应、长度收缩 3.知道质速关系和质能关系。
效应 4.了解广义相对论的内容。
2个关系——质速关系、质能关系
一、两个基本原理和两个效应 阅读教材第110～114页的内容，了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。
答案 10 m 80 m
对“相对论”中两个关系的理解
[要点归纳] 1.质速关系
(1)经典物理学的观点 经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，由物体所含物质的多少决定，与物体 所处的时空和运动状态无关。由牛顿第二定律F＝ma可知，只要物体的受力足够大、 作用时间足够长，物体将能加速到光速或超过光速。
2.质能关系
按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E＝__m_c_2，称为质能关系式。物 质的质量减少或增加时，必然伴随着___能__量的减少或增加，其关系为ΔE＝ ___Δ_m_。c2
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高中物理学习材料
鲁科版物理必修二 第六章 相对论与量子论初步
单元测试
一、选择题（本题有7个小题。
每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有
多个选项正确）
1.(2008年江苏高考)惯性系S 中有一边长为l 的正方形（如图A 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 ( )
2.(江苏省盐城中学2009届高三物理复习选修3-4模块测试)1905年爱因斯坦提出了狭义相对
论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（ ）
A 、同时的绝对性与同时的相对性
B 、运动的时钟变慢与运动的尺子缩短
C 、时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性
D 、相对性原理与光速不变原理
3.(渭南市2009年高三教学质量检测Ⅱ)为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方
程，E=mc 2科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程
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m 1，
捕获中子后的原子质量为m 2，被捕获的中子质量为m 3，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=(m 1－m 2－m 3)c 2
B. ΔE=(m 1+m 3－m 2)c 2
C. ΔE=( m 2－m 1－m 3)c 2
D. ΔE=( m 2－m 1+m 3)c 2
4、(天津市2009届高三六校联考)如图所示，按照狭义相对论的观点，
火箭B 是“追赶”光的；火箭A 是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面
的速度为v ，则两火箭上的观察者测出的光速分别为 ( )A ．v c +,v c - B ．c , c C ．v c -,v c + D ．无法确定
5、（云南省玉溪民中2009届高三第九次阶段性考试）氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级
辐射出a 光，从n=4的能级跃迁到n=2的能级辐射出b 光。
下列关于这两种光的说法正确的
是 ( )
A ．a 光的光子能量比b 光的光子能量大
B ．在同种介质中a 光的传播速度比b 光的传播速度小
C ．在a 光不能使某金属发生光电效应，则b 光一定不能使该金属发生光电效应
光
D ．在同一双缝干涉装置上进行实验，所得到的相邻干涉条纹的间距，a 光的比b 光的大 一些
6、（99年高考全国卷）某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是：（ ）
A 延长光照时间
B 增大光的强度，
C 换用波长较短的光照射
D 换用频率较低的光照射。
7、（北京市西城2009年高三3月抽样)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0ν。
则下列判断正确的是 （ ）
A ．当用频率为02ν的光照射该金属时，一定能产生光电子
B ．当用频率为02ν的光照射该金属时，产生的光电子的最大初动能为02νh
C ．当照射光的频率大于0ν时，若频率增大，则逸出功增大
D ．当照射光的频率大于0ν
8、
（03 年高考全国卷）在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A 单
色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B 单色光照射时不发生光电效应，那么（ ） A A 光的频率大于B 光的频率，
B B 光的频率大于A 光的频率，
C 用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是a 流向b
D 用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是b 流向a 。
9、（江苏省常州市重点中学2009届高三选修3-5测试）下列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
10、（江苏省常州市重点中学2009届高三选修3-5测试）A 、B 两种单色光分别垂直水面从水面射到池底，它们经历的时间t A ＞t B ，那么两种光子的能量关系是（ ）
A ．E A ＞E
B B ．E A ＜E B
C ．E A ＝E B
D ．不能确定
11、（江苏省常州市重点中学2009届高三选修3-5测试）一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是（ ）
A ．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变
B ．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加
C ．若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加
D ．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加
12、（江苏省常州市重点中学2009届高三选修3-5测试）在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法（ ）
A．增加光照时间 B．增大入射光的波长
C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率
13、(江西省临川一中２００９届高三理综测试题)在奥运会场馆的建设上也体现了“绿色奥运”的理念。
如主场馆鸟巢采用绿色能源—太阳能光伏发电系统，为整个场馆提供电动力，可以说鸟巢是世界上最大的环保型体育场。
光伏发电的基本原理就是我们平常说的光电效应,首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是
形成电压过程。
如图所示是光电效应中光电子的最大初动能E km与入射光频
率ν的关系图线，从图中可知（）
A．E km与ν成正比
ν时，才能产生光电效应
B．入射光频率必须大于或等于极限频率
C．对同一种金属而言，E km仅与ν有关
D．E km与入射光强度成正比
二、填空题
14、（上海市杨浦高级中学2009年高三物理第五次月考）绿光照射到某金属表面能产生光电效应现象，则采用色光也可以产生（写出一种颜色的可见光）；若金属表面单位时间内单位面积内发出的光电子数目增加了，则入射光的（填“频率”或“强度”）增大了。
15、（０４年全国高考）在光电效应实验中，如果实验仪器及线路完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是：___ __
16、（06年高考全国卷）3A．利用光电管产生光电流的电路如图所示．电源的正
极应接在端（填“a”或“b”）；若电流表读数为8μA，则每秒从光电
管阴极发射的光电子至少是个（已知电子电量为 l.6×10-19C）
17、广义相对论告诉我们，____________的存在使得空间不同位置的____________
出现差别，物质的____________使光线弯曲。
18.（2008年物理海南卷）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。
三、计算论述题
19．设想在人类的将来实现了恒星际航行，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。
20．1947年，在用乳胶研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称作介子，质量约为电子质量的273.27倍，它带有一个电子电量的正电荷或负电荷，称作π+或π-．若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为π=2.56×10-8 s，设π±介子以0.9c速率运动，求从实验室参考系观测到该粒子的平均寿命。
参考答案
一、选择题（本题有7个小题。
每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有
多个选项正确）
1.C
2.D
3.B
4.B
5.D
6.C
7.A
8.AC
9.C 10.A 11.C 12.D 13.BC
二、填空题
14. 蓝（或青或紫），强度 15. 入射光波长太大（或反向电压太大）16. a ，5×10
13
17.引力场，时间进程，引力 18. k ；
k k 12 三、计算论述题
19. 0.6 m 20. 5.87×10-8
s。