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。
2017_2018学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界教学案鲁科版必修2
第1节 高速世界一、 高速世界的两个基本原理 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。
由这两条假设所建立的理论叫做狭义相对论。
二、狭义相对论的结论 1．时间延缓效应对同一个物理事件，在静止参考系中观测所经历的时间为Δt ，在高速运动的参考系中观测所经历的时间为Δt ′，则有Δt ＝Δt ′1－v 2c2。
2．长度收缩效应设静止物体长为l ，在此长度方向上运动的速度为v 时，在此惯性系中测量长度为l ′，1．高速世界的两个基本原理相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。
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．高速世界的两个效应时间延缓效应：运动的钟比静止的钟走得慢。
长度收缩效应：运动的物体的观测长度比静止的短。
3．两种关系 质速关系：m ＝m 01－v 2c2质能关系：E ＝mc 2，当物体的质量减少或增加时必然伴随着能量的减少或增加。
4．加速运动能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲；光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。
则由狭义相对论会得出如下关系式：l ′＝l1－v 2c2。
3．质速关系经典力学中，物体的质量既不随位置的变化而变化，也不随速度的变化而变化。
但是基于相对论和其他物理原理，可推出物质的质量是变化的，当物体所处的惯性参照系静止时，它具有最小的质量m 0，这个质量叫做静止质量。
当物体以速度v 相对某惯性系运动时，在这个惯性系观测它的质量为m ＝m 01－v 2c2。
4．质能关系爱因斯坦对质量和能量给出了如下关系式：E ＝mc 2或ΔE ＝Δmc 2。
三、时空弯曲1．爱因斯坦认为加速运动和引力作用对轨迹的弯曲是等效的。
如果加速能使光线弯曲，那么引力也能使光线弯曲。
2．按照广义相对论，光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。
高一物理鲁科版必修2 第6章相对论与量子论初步 优化总结 课件(10张)
[思路点拨] 解此题的关键是搞清速度方向． [解析] 当棒沿自身长度方向运动时 m′＝ m0 ，
1－vc 2
l′＝l0· 1－vc 2
ρ′＝ml′′＝ml00·
1
1－vcBiblioteka 22＝1－ρvc 2.当棒在垂直自身长度方向上运动时 m″＝
l″＝l0，所以 ρ″＝ml″″＝
ρ
1－vc
2
[答案]
ρ
1－vc 2
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放
第6章 相对论与量子论初步
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
缩效应)
质量 物体的质量是恒定的
物体的质量与运动有关， 运动时质量变大
使用范围
低速世界(我们所生活的 这个世界)
高速世界(接近光速)
某人测得一静止棒长为l0，质量为m0，从而求得 此棒线密度为ρ(即单位长度质量)．若此棒以速度v沿自
身长度方向运动，此人再测棒的线密度应为多少？若棒
在垂直自身长度方向上运动，它的线密度又为多少？
栏目 导引
下列说法中正确的是( CD) A．光的波粒二象性学说是由牛顿的微粒说和惠更斯的波 动说组成的 B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁场理论 C．光子学说并没有否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，ν 表示波的特性，ε表示粒子的特性 D．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是个别光 子运动规律的一种几率波 [解析] 解答本题必须掌握一定的物理学史，了解波粒二 象性学说的由来及与其他学说的区别与联系．现在人们对 光的普遍认识是受波动规律支配的几率波．
高中物理第6章相对论与量子论初步 研究性学习 鲁科版 必修2
用心 爱心 专心 高中物理第6章相对论与量子论初步 研究性学习 鲁科版 必修2
20世纪有许多著名的物理学家,像爱因斯坦、普朗克等,其中最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert.Einstein)是他们的杰出代表,他于1879年3月14日出生在德国,后移居美国,一生作出了许多突出贡献,因提出狭义相对论和广义相对论及对光电效应的正确解释获得了诺贝尔物理学奖.
有一次,一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀.他回答：“早在1901年,我还是二十二岁的青年时,我已经发现了成功的公式.我可以把这公式的秘密告诉你,那就是A=X+Y+Z,A 就是成功,X 就是努力工作,Y 是懂得休息,Z 是少说废话！这公式对我有用,我想对许多人也是一样有用.”
1.通过查阅有关资料,了解爱因斯坦的成长史和杰出贡献,特别是他的童年和少年时代的学习和生活.
2.从爱因斯坦的童年和少年时代,你发现了什么？你觉得他和你的相同之处在哪里,你应该怎样努力,才能为人类作出更大的贡献？
3.爱因斯坦的成功秘诀对你有何启发？
4.对这个时期的著名物理学家你还了解哪些,写出一篇对他们生活、工作或成就的研究性文章.
知识总结
相
对
论
与量
子
论初
步
相对论量子论高速世界的两个基本原理
四维时空
时间延缓与长度收缩质速关系和质能关系时空弯曲紫外灾难不连续的能量物质的波粒二象性。
高中物理 第6章 第2节 量子世界知识探究 鲁科版必修2
- 1 - 量子世界-知识探讨
合作与讨论
光究竟是什么？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？查阅相关资料解决这个问题.
我的思路：光具有波粒二象性,光有时候表现为波动性,有时候表现为粒子性.
思考过程
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”.
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.
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.
例题解析
【例题】 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. 点评：历史史实的了解是解决本题的关键.
知识总结
规律：黑体辐射的特点.
知识：黑体辐射,量子,波粒二象性.
方法：光子能量的计算方法：E =h
c .。
2024-2025学年高中物理第六章相对论与量子论初步第1节高速世界教案1鲁科版必修2
作业反馈的目的是帮助学生发现并纠正错误，提高对知识点的理解和应用能力。同时，通过及时的作业反馈，教师可以了解学生的学习情况，针对性地进行教学调整，提高教学效果。
内容逻辑关系
- 相对论与量子论在描述宏观和微观世界方面的互补性
4. 量子纠缠应用题：设计一道应用题，让学生分析量子纠缠在量子通信中的应用，提高学生对量子通信的认识。
作业反馈：
1. 及时批改学生的作业，对计算题的答案进行详细核对，纠正学生的错误计算。
2. 针对学生在质能方程应用题中的错误，给出详细的解释和指导，帮助学生理解质能方程的应用方法。
3. 对学生在量子论基础题中的错误选择，给出正确答案的解释，并提供相关知识点复习资料，帮助学生巩固基础知识。
设计小组讨论环节，让学生围绕高速世界问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。
鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考，拓展思维。
技能训练：
设计实践活动或实验，让学生在实践中体验知识的应用，提高实践能力。
在新课呈现结束后，对相对论与量子论初步知识点进行梳理和总结。
强调重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。
核心素养目标
1. 科学思维：培养学生运用相对论和量子论的基本原理分析高速世界现象，发展逻辑推理和科学论证能力。
2. 科学探究：通过实例探讨时间膨胀、长度收缩等相对论效应，激发学生主动探索自然现象的兴趣。
3. 物理观念：建立物质与能量等价的质能方程观念，理解微观世界的量子特性，提高对物理世界的认识。
4. 科学态度与责任：培养学生对科学研究的尊重和敬畏，关注相对论与量子论在实际应用中的价值与意义。
2020-2021学年高中物理 第六章 相对论与量子论初步 第1节 高速世界教案1 鲁科版必修2
第1节高速世界【教学目标】一、知识与技能1．了解高速世界的两个基本原理。
2．了解经典物理学的局限性，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。
3．掌握质速关系与质能关系。
二、过程与方法1．了解科学家建立相对论的探索过程，认识科学思维的意义，学习科学思维的方法。
2．通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力。
3．认识猜想和假设的重要性，培养应用相对论时空观分析研究问题的能力。
三、情感、态度与价值观1．培养有根据的批判意识，培养勇于创新的科学态度2．激发学生对相对论力学的探索热情。
3．培养学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度。
【重点难点】1、狭义相对论的两个基本假设。
2、相对论的时空观，同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。
3、质量、能量、速度的联系【教学方法】提出问题、揭示矛盾、引发学生思考，然后通过相对论假设进行逻辑推理，得出结论。
【教具准备】多媒体课件【教学过程】（一）新课引入：迈入新世界在19世纪与20世纪之交（1900年前后），许多人认为物理学这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了。
只是“物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。
”这两朵“乌云”是：1、迈克尔逊—莫雷实验：研究光沿不同方向传播速度的差异。
2、热辐射实验：研究热辐射的能量与温度的关系。
这两个实验所观测到的现象用当时已有的物理学理论无法进行合理的解释。
正是这两朵的乌云，不久以后酿成了物理学中一场巨大的变革。
（二）新课教学一、高速世界的两个基本原理1.经典时空观的运动合成原理（1）在以20m/s的速度行驶的汽车上，有人以25m/s的速度将一小球水平抛出，在静止于路边的观察者看来，①如果小球是向前抛出的，那么小球水平方向的速度为多少？小球水平方向的的速度为两速度之和。
②如果小球是向后抛出的，小球水平方向的速度又是多少？小球水平方向的的速度为两速度之差。
2.若一束光以速度c向前传播，相对于地面以速度v和光传播同向运动的人，观察到光的传播速度是多少？若人相对于地面以速度v和光传播相反方向运动，她观察到的光的传播速度是多少？根据速度合成的法则：第一种情况人看到的光速应是c+v，第二种情况应是c-v。
高中物理 6.2 量子世界学案1 鲁科版必修2
高中物理 6.2 量子世界学案1 鲁科版必修2【学习目标】1、初步了解经典物理观点被量子观点取代的原因，及一些科学家在其中所起的重要作用。
从而了解量子论的主要思想，了解量子论涉及的一些相关的现象。
2、认识经典力学的适用范围和局限性，知道量子论对人类认识世界的影响，体会科学研究方法和尊重实验事实的科学态度对人们认识自然的重要作用。
【知识梳理】一、“紫外灾难”温度高→灯光白→短波长光较强；温度低→灯光较红→短波长光较弱，长波长光相对较强。
物体中的分子、原子在任何温度下都会发射出各种波长的电磁波，这种现象称为热辐射。
物理学家们设想了一种理想的物体：能够发射热辐射，也能完全吸收热辐射，但是完全不反射任何热辐射的物体，叫做黑体。
黑体温度越高，热辐强度越大；在同一温度下，不同波长的电磁辐射强度不同，有某一种波长的电磁辐射最强；温度越高，辐射最强的电磁波波长变短。
维恩公式：瑞利-琼斯公式：二、量子假说：物质辐射或吸收的能量是不连续的，只能是一种最小能量的整数倍。
E=nε （n=0,1,2,3,…）ε=hν=hc/λ ( h称为普朗克常数 )经典电磁理论中电磁波的能量是由波的振幅决定的，但在量子假说中最小能量却是与辐射的频率成正比的。
普朗克公式：量子观点开创了一场物理学的巨大变革。
三．物质的波粒二象性①光的波粒二象性②物质波例题：根据量子理论，光子的能量，其中c为真空中的光速、为光的频率、为光的波长，普朗克常数取已知太阳光垂直照射时，每平方米面积上的辐射功率为P=1.35kw。
假设太阳辐射的平均波长为则在垂直于太阳光的S = 1 m2面积上，每秒钟内可以接收到多少个光子？解析：依题意，太阳光平均一个光子的能量为在1 m2面积上，1s内得到的阳光总能量为得到的光子个数【基础训练】1．把能量量子化的观点与经典物理的能量观点列表作一个比较呢？参考答案：1．量子观点与经典物理的能量观点列表比较经典物理能量观量子观能量的大小可以是连续的任意值能量的大小是不连续的，只能是最小能量子的整数倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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)c
24、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=310
82、210-6米=660米，此结果显然与实验事实不符。
（2）按照时间延缓效应，观察者测得高速运动μ子的寿命△τ应比它的本征寿命τ长，其间的关系是因为，，所以 v=0、9966c的μ子的平均寿命应比它在静止时的寿命长
12、14倍，即秒=
26、710-6秒。
于是它走过的平均距离为 L=
26、710-6≈8103米这结果与实验很好相符。
拓展阅读宇宙膨胀的发现宇宙空间究竟是有限的还是无限的？几千年来两种对立的学说不断交替出现。
希腊时代的自然哲学家卢克莱修认为有限宇宙观念是非常荒谬的。
他指出：如果宇宙是有限的，倘若一个人一直走到它的边缘，猛掷一根飞矛。
试问：它将飞向何处？这个著名的“飞矛实验”竞成为后世反对有限宇宙学说的一个主要哲学根据。
这各诘问在科学研究方法中固然有着重要地位，但它只是从反面向科学提出问题，说明科学自身的不足，而没有作出对有限宇宙存在的否定证明。
爱因斯坦根据广义相对论计算结果，令人意外地发现这个有限无边的宇宙必定是动态的，或者膨胀，或者收缩，或者兼而有之（振荡）。
1929年哈勃发现，各星系光谱的每条谱线的波长都增加了；即存在着红移（光谱线向红端移动）现象；且星系距离我们越远，其红移量也就越大，二者间存在线性关系。
按多普勒效应推断，越远的星系以越快的速度离开我们而去，这表明整个宇宙处在膨胀的状态。
弗里德曼据此提出了三种不同的宇宙演化途径：①星系以非常缓慢的速度互相退离，它们之间的引力不断作用，将使这种互相退离运动最后终止，继而开始互相接近，即宇宙膨胀至最大尺度后便开始坍缩；
②星系之间的退离运动非常之快以致引力无法阻它继续进行，即宇宙一直膨胀下去；③星系之间的退离速度正好达到避免坍缩的临界值，宇宙不断膨胀，但膨胀速度逐渐趋于零。
至于实际宇宙究竟对应于哪一种演化途径，完全取决于宇宙中的物质平均密
度。
弗里得曼模型中，任何一个典型星系的运动就像从地球表面向上抛一块石头，石头的抛出速度足够快，或者地球质量足够小（这两种说法在物理上是等价的），石头的速度虽然随着时间逐渐变慢，然而最后石头却会跑到无限远的地方，这相当于宇宙物质平均密度小于某一临界密度的情形，没有足够的抛出速度，或者地球质量足够大，它将在到达一个最大高度后再跌回到地面上，这相当于宇宙物质平均密度大于临界值的情形。
现在已有足够的证据确信宇宙中存在着大量的不可视物质，而且膨胀必定是在100亿年到200亿年前某一时刻开始的。
按照宇宙标准模型，大约在
1、51010年前，宇宙起始于一次大爆炸。
宇宙学原理认为：由于在任何时刻从空间的任一点和任一方向所看到的宇宙图景处处相同，所以物理规律是到处都适用的。
而时间这一基本物理量总是和物质运动图像联系在一起的，这就意味宇宙各处有一个共同的时间标度。
思考：你对宇宙的起源以及演变有些怎样的认识？试与周围同学作一交流。