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1、64微微观观世界与量子世界与量子论论 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练6.4课标定位课标定位学学习目目标：1.理理解解相相对论时空空观，灵灵活活运运用用质能能关关系分析解决系分析解决问题2理理解解光光电效效应和和光光的的波波粒粒二二象象性性，理理解解氢原原子子光光谱重重点点难点点：重重点点：1.爱因因斯斯坦坦的的质能能关关系系和和质量量公公式式2光光电效效应的的实验探探究究和和分分析析论证及及光光谱的的分分析析论证难点：点：1.爱因斯坦的因斯坦的质量公式和量公式和质能关系能关系2光光电效效应的的实验探究及与探究及与电磁理磁理论的矛
2、盾的矛盾课标课标定位定位定位定位课前自主学案课前自主学案一、一、爱因斯坦的因斯坦的时空空观1同同时的相的相对性性“同同时性性”在在惯性系中，在低速性系中，在低速时是没有疑是没有疑问的，例的，例如一列火如一列火车在做匀速直在做匀速直线运运动，在某，在某车厢中的中点中的中点一个人点燃一支蜡一个人点燃一支蜡烛他看到他看到车厢前后两壁是前后两壁是_被照亮的，地面上的人也被照亮的，地面上的人也应认为前后壁都是前后壁都是被被_照亮的但有了光速不照亮的但有了光速不变原理原理时，情况，情况就不一就不一样了，当火了，当火车速度速度较大大时，地面上的人将，地面上的人将认为光先到达后壁，而后到达前壁光先到达后壁，而
3、后到达前壁这就是就是“同同时的的相相对性性”同同时同同时2时空的相对性时空的相对性假如有一个事件假如有一个事件P发生，在参考系发生，在参考系A中的坐标为中的坐标为(x，y，z)，发生的时间为，发生的时间为t，在以速度，在以速度v运动的运动的参考系参考系B中的坐标为中的坐标为(x，y，z)，发生的时间，发生的时间为为t，则有变换公式：，则有变换公式：爱因斯坦的时空相对性揭示了爱因斯坦的时空相对性揭示了_、_与物质运动存在着内在的不可分割的联与物质运动存在着内在的不可分割的联系，并给出了它们之间的定量关系系，并给出了它们之间的定量关系时间空空间上面的式子上面的式子说明，相明，相对于地面以速度于地面
4、以速度v运运动的的物体，从地面上看，沿着运物体，从地面上看，沿着运动方向上的方向上的长度度变_了，速度越大，了，速度越大，变_得越多得越多短短短短上面的式子具有普遍意义，当从地面观察以速度上面的式子具有普遍意义，当从地面观察以速度v前进的火车时，车上的时间进程变前进的火车时，车上的时间进程变_了，不仅了，不仅时间变时间变_了，物理、化学过程和生命的过程了，物理、化学过程和生命的过程都变都变_了，但车上的人都没有这种感觉，他了，但车上的人都没有这种感觉，他们反而认为地面上的时间进程变们反而认为地面上的时间进程变_了了慢慢慢慢慢慢慢慢从上式可以看出，当物体从上式可以看出，当物体(一般是粒子一般是粒
5、子)的速度很的速度很大时，其运动时的质量明显大时，其运动时的质量明显_静止时的静止时的质量质量三、三、爱因斯坦的因斯坦的质速公式速公式经过严格格的的证明明，物物体体有有静静止止质量量m0和和运运动的的质量量m，它，它们之之间有如下关系：有如下关系：_大于大于四、质能关系四、质能关系按按照照相相对对论论和和基基本本力力学学定定律律可可推推出出质质量量和和能能量量具具有如下关系：有如下关系：E_.这这就就是是著著名名的的质质能能关关系系如如果果用用m表表示示物物体体质质量量的的变变化化，E表表示示能能量量的的变变化化，那那么么它它们们的的关关系系可以表示为可以表示为E_该式表示，随着一个物体质量的
6、减小，会该式表示，随着一个物体质量的减小，会_一定的能量；与此同时，另一个物体吸一定的能量；与此同时，另一个物体吸收了能收了能量，质量也会量，质量也会_mc2mc2释放放增大增大五、光电效应五、光电效应1定义：当可见光和其他电磁辐射照射到金属定义：当可见光和其他电磁辐射照射到金属表面上时，能从金属表面打出表面上时，能从金属表面打出_，这种现，这种现象叫做光电效应，而被打出的象叫做光电效应，而被打出的_叫做叫做_2光子说光子说概述：爱因斯坦于概述：爱因斯坦于1905年提出光子说光在空间年提出光子说光在空间的传播是的传播是_的，而是一份一份的，每一份的，而是一份一份的，每一份叫做一个叫做一个_，一
7、个光子的能量为，一个光子的能量为E_，为光的频率，普朗克常量为光的频率，普朗克常量h6.631034 Js.光子具有动量和能量光子具有动量和能量电子子电子子光光电子子不不连续光量子光量子h3光的波粒二象性：光既是光的波粒二象性：光既是_，又具，又具有有_的特征，即光具有的特征，即光具有_一切辐射一切辐射(电磁波和热辐射电磁波和热辐射)都具有都具有_六、连续光谱与线光谱六、连续光谱与线光谱1连续光谱连续光谱(1)形形式式：连连续续分分布布着着的的包包含含着着从从红红光光到到紫紫光光的的各各种色光的光谱种色光的光谱(2)产生：产生：_及及_和和_直接发光时形成连续光谱直接发光时形成连续光谱电磁波磁
8、波粒子粒子波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性灼灼热的固体的固体液体液体高高压气体气体2线状光谱线状光谱(分为明线光谱和吸收光谱分为明线光谱和吸收光谱)(1)形形式式：明明线线光光谱谱由由一一些些不不连连续续的的_线线组组成成，吸收光谱是在连续光谱的背景上分布着若干条吸收光谱是在连续光谱的背景上分布着若干条_线线(2)产生：由稀薄气体通电后发光产生的，观察稀产生：由稀薄气体通电后发光产生的，观察稀薄气体放电后发光的光谱的实验中需要用光谱管薄气体放电后发光的光谱的实验中需要用光谱管和分光镜当白光通过气体时，才形成和分光镜当白光通过气体时，才形成_光谱光谱(暗线光谱暗线光谱)亮亮暗暗吸收吸收(
9、3)原原子子光光谱谱：某某种种元元素素的的原原子子发发出出的的分分立立的的线线状状谱叫原子光谱谱叫原子光谱七、实物粒子与波七、实物粒子与波德布罗意理论指出，每个物质粒子都伴随着一种德布罗意理论指出，每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为波，这种波称为_波，又称为德布罗意波波，又称为德布罗意波物物质核心要点突破核心要点突破一、相对论时空观的理解一、相对论时空观的理解1时间延缓效应时间延缓效应假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁车上的观察者认为两
10、照到了车厢的前壁和后壁车上的观察者认为两个事件是同时的，在他看来这很好解释，因为车个事件是同时的，在他看来这很好解释，因为车厢是惯性系，光向前、向后传播的速度相同，光厢是惯性系，光向前、向后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前、后源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前、后两壁车下的观察者则不以为然，他观测到，闪两壁车下的观察者则不以为然，他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁光先到达后壁，后到达前壁他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、向后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光向后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过
11、程中，车厢向前行驶了一段距离，飞向两壁的过程中，车厢向前行驶了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达车厢前壁的所以向前的光传播的路程长些，到达车厢前壁的时刻也就晚些，这两个事件不同时时刻也就晚些，这两个事件不同时2运动的时钟变慢运动的时钟变慢假设车厢地板上有一个光源，发出一个闪光对假设车厢地板上有一个光源，发出一个闪光对于车上的观察者来说，闪光到达光源正上方于车上的观察者来说，闪光到达光源正上方h高高处的小镜后被反射，回到光源位置，往返作用的处的小镜后被反射，回到光源位置，往返作用的时间为时间为t；对于地面上的观察者来说，情况有所；对于地面上的观察者来说，情况有所不同不同5质能关系质能关系
12、爱因斯坦著名的质能关系式是：爱因斯坦著名的质能关系式是：Emc2，当物体，当物体的质量变化时，必然伴随着能量的变化如果用的质量变化时，必然伴随着能量的变化如果用m表示物体质量的变化，表示物体质量的变化，E表示能量的变化量，表示能量的变化量，那么它们的关系可以表示为那么它们的关系可以表示为Emc2.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1关于质量和长度，下列说法正确的是关于质量和长度，下列说法正确的是()A物物体体的的质质量量与与位位置置、运运动动状状态态无无任任何何关关系系，是是物物质本身的属性质本身的属性B物物体体的的质质量量与与位位置置、运运动动状状态态有有关关，只只是是
13、在在速速度度较低的情况下变化忽略不计较低的情况下变化忽略不计C物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D物物体体的的长长度度与与运运动动状状态态有有关关，只只是是在在速速度度较较低低的的情况下变化忽略不计情况下变化忽略不计解析：解析：选选BD.根据相对论的时空观，在速度较大的运根据相对论的时空观，在速度较大的运动中，时间、长度、质量相对于静止的参考系会发生动中，时间、长度、质量相对于静止的参考系会发生变化，因此选变化，因此选B、D.二、量子化现象分析二、量子化现象分析1光电效应光电效应(1)光电效应的规律：光电效应的规律：每种金属都有发生光电效应每种
14、金属都有发生光电效应的极限频率；的极限频率；光电子的最大初动能与入射光的强光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随着入射光的频率的增大而增大；度无关，随着入射光的频率的增大而增大；光电光电效应的产生几乎是瞬时的效应的产生几乎是瞬时的(2)极限频率：对于一定金属来说，逸出功极限频率：对于一定金属来说，逸出功W的值是的值是一定的，所以入射光子的频率一定的，所以入射光子的频率越大，光电子的最大越大，光电子的最大初动能也越大，如果入射光子的频率比较低，光的初动能也越大，如果入射光子的频率比较低，光的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应了，能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应了，这就是存在极限频
15、率的原因，极限频率这就是存在极限频率的原因，极限频率0可由下式可由下式求出：求出：h0W，2光的波粒二象性光的波粒二象性在宏观上，大量光子表现为波动性，在微观上，在宏观上，大量光子表现为波动性，在微观上，个别光子与其他物质产生作用时往往表现为粒子个别光子与其他物质产生作用时往往表现为粒子性，即光具有波粒二象性例如，在光的双缝干性，即光具有波粒二象性例如，在光的双缝干涉实验中，如果短时间内曝光，发现光子在底片涉实验中，如果短时间内曝光，发现光子在底片上呈现不规则分布的点，长时间曝光才形成明暗上呈现不规则分布的点，长时间曝光才形成明暗相间的条纹说明了少量光子与其他物质产生作相间的条纹说明了少量光子
16、与其他物质产生作用时表现出粒子性，而大量光子与其他物质产生用时表现出粒子性，而大量光子与其他物质产生作用时表现出波动性作用时表现出波动性3原子光谱原子光谱原子光谱分为：原子光谱分为：(1)发射光谱：由发光物体直接产生发射光谱：由发光物体直接产生的光谱发射光谱又分为连续光谱和明线光谱的光谱发射光谱又分为连续光谱和明线光谱(2)吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质时，某些吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收而形成的，其特点是在连续光波长的光被物质吸收而形成的，其特点是在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成例如，太谱的背景上，由一些不连续的暗线组成例如，太阳光中的连续谱
17、线中有许多暗线，它们对应着某些阳光中的连续谱线中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于太阳表面大元素的特征谱线，产生这些暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素这些元素把太阳光谱中气层中存在着相应的元素这些元素把太阳光谱中相应波长的光吸收了，会在太阳光的连续谱线中留相应波长的光吸收了，会在太阳光的连续谱线中留下暗线下暗线即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2下列关于光的波粒二象性的说法，正确的是下列关于光的波粒二象性的说法，正确的是()A一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B由由光光电电效效应应现现象象可可知知
18、，光光子子与与电电子子同同样样是是一一种种粒子粒子C在在一一束束光光中中，光光子子间间的的相相互互作作用用使使光光表表现现出出波波的性质的性质D光是一种波，同时也是一种粒子光子说并未光是一种波，同时也是一种粒子光子说并未否定电磁说，在光子能量否定电磁说，在光子能量Eh中频率仍表示的是中频率仍表示的是波的特性波的特性解析：解析：选选D.光是一种波，同时也是一种粒子光光是一种波，同时也是一种粒子光具有波粒二象性，是指当光和物质作用时，是具有波粒二象性，是指当光和物质作用时，是“一份一份一份一份”的，表现出粒子的性质；单个光子的的，表现出粒子的性质；单个光子的运动无法预测，但大量光子在空间各点出现的
19、可运动无法预测，但大量光子在空间各点出现的可能性能性(概率概率)可以用波动规律描述，光表现出波的可以用波动规律描述，光表现出波的性质粒子性和波动性是光子本身的一种属性，性质粒子性和波动性是光子本身的一种属性，但并不是说光是像电子一样的粒子或像机械波一但并不是说光是像电子一样的粒子或像机械波一样的波，光子说并未否定电磁说样的波，光子说并未否定电磁说课堂互动讲练课堂互动讲练时空相对论的应用时空相对论的应用类型一类型一例例例例1 1在静止系中的正立方体每在静止系中的正立方体每边长L0，另一坐，另一坐标系以相系以相对速度速度v平行于立方体的一平行于立方体的一边运运动问在后在后一坐一坐标系中的系中的观察
20、者察者测得的立方体体得的立方体体积是多少？是多少？【方方法法总总结结】(1)不不同同惯惯性性系系中中的的观观测测者者对对同同一一物体进行观测，测得的结果并不相同物体进行观测，测得的结果并不相同(2)平时观察不到这种长度收缩效应，是因为我们平时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，这种现象不明生活在比光速低得多的低速世界，这种现象不明显显质速关系的应用质速关系的应用类型二类型二例例例例2 2一个原来静止的一个原来静止的电子，子，经电压加速后速度加速后速度为v6106 m/s.问电子的子的质量增大了量增大了还是减小了是减小了？改？改变了百分之几？了百分之几？【答案答案】
21、增加了增加了0.02%【方法总结方法总结】由此看出，物体的质量随速度的由此看出，物体的质量随速度的增大而增大，但只有物体的速度很大时，其运动增大而增大，但只有物体的速度很大时，其运动的质量才明显大于静止时的质量的质量才明显大于静止时的质量用用功功率率P01 W的的光光源源照照射射离离光光源源r3 m处处的的某某块块金金属属的的薄薄片片，已已知知光光源源发发出出的的是是波波长长5890 nm的单色光，试计算：的单色光，试计算：(1)1 s内打到金属板内打到金属板1 m2面积上的光子数；面积上的光子数；(2)若取该金属原子半径若取该金属原子半径r10.51010 m，则金，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？一个光子？光量子性的综合应用光量子性的综合应用类型三类型三例例例例3 3【答案答案】(1)2.641016个个(2)4830.9 s本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进入入课件目件目录按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用
