2018-2019学年高中物理 第6章 相对论与量子论初步（课件+学案）（打包4套）鲁科版必修2.zip

第 1节 高速世界学习目标 核心提炼1.知道狭 义 相 对论 的两个基本原理。2.了解 时间 的延 缓 效 应 和 长 度的收 缩 效应 。3.知道 质 速关系和 质 能关系。4.了解广 义 相 对论 的内容。2个基本原理 —— 相 对 性原理、光速不变 原理2个效 应 —— 时间 延 缓 效 应 、 长 度收缩 效 应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 ”。1.两个基本原理(1)相 对 性原理：所有物理 规 律在一切 _______________中都具有 ______的形式。(2)光速不 变 原理：在一切 ______________中， 测 量到的真空中的 __________都一 样(c＝ 3×108 m/s)。惯 性参照系 相同惯 性参照系 光速 c2.两个效应(1)时间 延 缓 效 应① 在相 对论时 空 观 中， _____________的 时钟 比 _______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 _____。② 关系式： l′＝ __________。高速运 动 静止短思维拓展我 们 平 时为 何 观 察不到 长 度收 缩 效 应 呢？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 m0最小，称 为 _________。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 ______的增大而 ______ 。在低速运 动 中， 质 量的 变 化可以 ___________。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＝ ____，称 为质 能关系式。物 质 的 质 量减少或增加 时 ，必然伴随着 _____的减少或增加，其关系 为 ΔE＝ _____。静止 质 量速度 增大 忽略不 计mc2能量 Δmc23.时空弯曲爱 因斯坦的理想 实验 ：(1)科学 预 言： _________能使光 线 弯曲， _________也能使光 线 弯曲。在宇宙中，物质 ________大、 ________高的区域 时 空弯曲大；物 质 _______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 _________ ，而且影响 _________即 时 空弯曲。惯 性系内 观测 它的 质 量 m＝ _________ ，物体的 质 量随 _________的增大而_________。在低速运 动 中， 质 量的 变 化可以 ___________ 。加速运 动 引力质 量 密度 稀少空 间 时间速度 增大忽略不 计思考判断(1)物体所含物 质 的多少会随速度的 变 化而 变 化。 ( )(2)爱 因斯坦 质 能关系式 E＝ mc2表明物体具有的能量与其 质 量成正比。 ( )(3)时 空弯曲是在引力 场 或 惯 性系中 产 生的。 ( )答案 (1)× (2)√ (3)×对 “两个基本原理 ”和 “两个效应 ”的理解[要点归纳 ]1.两个基本原理(1)相 对 性原理：物理学定律与 惯 性系的 选择 无关。(2)光速不 变 原理：不管光源与 观 察者的相 对 运 动 如何，在任一 惯 性系中的 观 察者所 观测 到的真空中的光速都是相等的。2.两个效应[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 发出了一个 闪 光， 闪 光照到 车厢 的前壁和后壁。 对这 两个事件 说 法正确的是 ( )A.车 上的 观 察者 认为 两个事件是同 时 的B.车 上的 观 察者 认为 光先到达后壁C.地面上的 观 察者 认为 两个事件是同 时 的D.地面上的 观 察者 认为 光到达前壁的 时 刻晚些解析 因 为车厢 是个 惯 性系，光向前、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、后两壁， A对 。地面上的 观 察者 认为 地面是一个 惯 性系， 闪光向前、后 传 播的速度相 对 地面也是相同的，但 闪 光 飞 向两壁的 过 程中， 车厢 向前行 进 了一段距离，所以向前的光 传 播的路程 长 些，到达前壁的 时间 也就晚些，故 D也对 。答案 AD理解相对论效应的两点注意(1)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。(2)长 度收 缩 效 应 也是一种 观测 效 应 ，不是物体本身 发 生了收 缩 。另外，在垂直于运 动 方向上不会 发 生收 缩 效 应 。[针对训练 1] 在一个 飞 船上 测 得船的 长 度 为 100 m，高度 为 10 m，当 飞 船以 0.60c的速度从你身 边经过时 ，按你的 测 量， 飞 船的高度和 长 度各 为 多少？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(1)经 典物理学的 观 点在 经 典物理学中， 质 量和能量是两个独立的概念。(2)相 对论 的 观 点由相 对论 及基本力学定律可推出 质 量和能量的关系 为 E＝ mc2或 ΔE＝ Δmc2。根据 爱 因斯坦的 质 能关系，人 们 利用重核裂 变 反 应 前、后 质 量 亏 损释 放大量能量发电 及制造原子 弹 。[精典示例 ][例 2] 如果真空中的光速 为 c＝ 3×108 m/s，当一个物体的运 动 速度 为 v1＝ 2.4×108 m/s时， 质 量 为 3 kg，当它的速度 为 v2＝ 1.8×108 m/s时 ， 质 量 为 多少？思路探究(1)在高速运 动问题 中，物体的 质 量 还 是恒定不 变 的 吗 ？(2)相 对论 中，物体的 质 量与速度的关系式： m＝ ______。答案 2.25 kg质量和能量的两点注意(1)质 量和能量是物 质 不可分离的属性。(2)任何静止 质 量不 为 零的物体都 贮 存着巨大的能量。[针对训练 2] 太阳内部不停地 发 生着 剧 烈的 热 核反 应 ，在不断地 辐 射能量。因而其 质量也不断地减少。若太阳每秒 钟辐 射的 总 能量 为 4×1026 J， 试计 算太阳在 1 s内失去的 质 量 为 ________kg。答案 4.4×1091第 2 节 量子世界学习目标 核心提炼1.了解热辐射、黑体等概念。2.知道“紫外灾难” 。3.知道普朗克的量子假说，理解量子化。4.理解物质的波粒二象性。3 个概念——热辐射、黑体、物质波1 个学说——普朗克的量子说2 个公式—— ε ＝ hν E＝ nε1 个本质——光的本质一、 “紫外灾难” 不连续的能量阅读教材第 119～120 页“紫外灾难” 、 “不连续的能量”部分，了解热辐射、黑体的概念，了解“紫外灾难” 。1.热辐射因物体中的分子、原子受到激发而发射出电磁波的现象，称为热辐射。物体在任何温度下都会发生热辐射现象。2.黑体黑体是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想化模型，它是一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。3.“紫外灾难”(1)实验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长 λ 、温度 T 之间关系的实验曲线。(2)“紫外灾难”：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与实验曲线不符合。这个与实验不符的结果出现在紫外区。4.普朗克的量子说(1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的。(2)含义：物体辐射(或吸收)的能量 E 只能是某一最小能量单位的整数倍。E＝ nε (n＝1，2，3，…)(3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子。量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量 ε 与频率 ν 成正比。2ε ＝ hν ，公式中 h＝6.63×10 －34 J·s，称为普朗克常量。普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征。5.量子(化)含义所谓量子(或量子化)，本质是不连续性。思维拓展你觉得夏天穿什么颜色的衣服最热？为什么？答案 夏天穿黑色衣服比穿浅色衣服感觉要热的多，因为黑色衣服吸收热辐射的能量多，反射热辐射的能量少，因而感觉要热得多。二、物质的波粒二象性阅读教材第 121～122 页“物质的波粒二象性” ，了解物质的波动性和粒子性。1.物理学史(1)光的微粒说的创始人是牛顿，可以解释光的反射、光的颜色等。(2)光的波动说的代表人物是惠更斯。(3)光量子假设的提出者是爱因斯坦，直到康普顿的发现才验证了光量子假说的正确性。2.光的本质光具有波粒二象性，它在一定条件下，突出地表现出微粒性，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性。3.物质波物理学家德布罗意进一步提出了物质波理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着一种波，这种波被称为物质波，又称为概率波，戴维孙、革末及汤姆孙通过电子衍射实验证实了物质波的存在。4.结论光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。思考判断(1)个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性。( )(2)光具有波粒二象性说明有的光是波，有的光是粒子。( )(3)波粒二象性是牛顿的微粒说与惠更斯的波动说结合起来的学说。( )答案 (1)√ (2)× (3)×3对量子化假设的理解[要点归纳]1.量子化假设：普朗克提出物质辐射(或吸收)的能量 E 只能是某一最小能量单位的整数倍，E＝ nε ， n＝1，2，3… n 叫作量子数。量子的能量 ε ＝ hν ＝ 。式中 h 为普朗克常数hcλ(h＝6.63×10 －34 J·s)，是微观现象量子特性的表征， ν 为频率， c 为真空中的光速，λ 为光波的波长。2.量子化：量子化的“灵魂”是不连续。在宏观领域中，这种量子化(或不连续性)相对于宏观量或宏观尺度极微小，完全可以忽略不计，但在微观世界里，量子化(或不连续)是明显的，微观物质系统的存在、物体之间传递的相互作用量、物体的状态及变化等都是量子化的。3.意义：成功解决了“紫外灾难”问题。[精典示例][例 1] (多选)关于量子假说，下列说法正确的是( )A.为了解决黑体辐射的理论困难，爱因斯坦提出了量子假说B.量子假说第一次提出了不连续的概念C.能量的量子化就是能量的不连续化D.量子假说认为电磁波在空间的传播是不连续的解析 量子假说由普朗克提出，认为电磁波的发射和吸收都是不连续的，是一份一份进行的。它不但解决了黑体辐射的理论困难，而且更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学上崭新的一页，选项 B、C 正确。答案 BC量子化假设的应用技巧(1)量子化假设与传统的经典物理的连续性概念是不同的，微观物质系统的存在是量子化的，物质间传递的相互作用是量子化的，物质的状态及其变化也是量子化的。(2)量子化假设说明最小能量 ε ＝ hν 由光的频率决定。宏观物体辐射的总能量与光子个数的关系 E 总 ＝ N·hν 。(3)由公式 ν ＝ 知，假设已知光在真空中的波长和速度，便可求出光的频率。再由cλ4ε ＝ hν 便可知一份光量子的能量。[针对训练 1] 太阳光垂直照射到地面上时，地面上 1 m2接收到的太阳光的功率为 1.4 kW，其中可见光部分约占 45%，假如认为可见光的波长约为 0.55 μ m，普朗克常量h＝6.63×10 －34 J·s，求地面上 1 m2面积上每秒接收到的可见光的光子数。解析 由光子能量与波长的关系可求出每个光子的能量，由总能量与每个光子的能量关系求出光子数。每个光子的能量 ε ＝ hcλ设地面上 1 m2每秒钟接收到 n 个可见光光子有 0.45P＝ nε则 n＝ ＝ ≈1.74×10 21 (个)。0.45Pλhc 0.45×1.4×103×0.55×10－ 66.63×10－ 34×3×108答案 1.74×10 21个对波粒二象性的理解[要点归纳]1.光的本性的认识历程学说 代表人物 内容 成功与局限微粒说 牛顿光是从光源射出的具有高速度的粒子流成功之处：能解释光的直线传播、反射、折射、色散等现象。局限性：不能解释光的干涉、衍射等现象波动说 惠更斯光像水波一样，也是一种波，具有波的一切特性成功之处：能解释光的干涉、衍射等波的特性。局限性：将光波等同于机械波电磁说 麦克斯韦 光是一种电磁波成功之处：能解释光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等现象。局限性：不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质光子说 爱因斯坦光是不连续的、分成许多单元的、具有一定能量的物质，这些单元叫光量子成功之处：能解释几乎所有光现象5(光子)波粒二象性德布罗意光在一定条件下表现出微粒性，实质为不连续性，而在另一些条件下，表现出波动性，所以光既有粒子性，又具有波动性成功之处：能解释几乎所有光现象2.光的波粒二象性(1)宏观上，大量光子表现为波动性，如光的干涉、衍射现象；对不同频率的光，频率越低、波长越长，表现出的波动性越显著。(2)在微观上，个别光子与其他物质产生作用时表现为粒子性，如光电效应现象、康普顿效应现象，频率越高、波长越短，表现出的粒子性越显著。(3)光子说说明光具有粒子性，而光子的能量与其频率成正比，频率是描述波动性特征的物理量。因此光子的能量 ε ＝ hν 显示了光的波动性和粒子性之间的密切联系。3.物质的波粒二象性(1)德布罗意认为，静止质量不为零的物质粒子(如电子)也具有波动性，每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又称为概率波。(2)由于宏观物体运动动量( p＝ mv)较大，根据德布罗意波长与动量的关系 λ ＝ 知其波长hp非常小，很难观察到它们的干涉、衍射等波的现象，但它们仍然具有波动性。[精典示例][例 2] (多选)关于光的本性，下列说法中正确的是( )A.光子说并没有否定光的电磁说B.光电效应现象反映了光的粒子性C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的D.大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性解析 光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律。光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的。答案 AB6光的波粒二象性应注意的问题(1)光子是能量为 hν 的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率有关，体现了波动性，所以光子是统一波粒二象性的微粒。(2)在不同条件下的表现不同。大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性。(3)光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强。[针对训练 2] 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。答案 C1.(紫外灾难)黑体辐射的“紫外灾难”是指( )A.紫色的自然灾害B.实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故称黑体辐射的“紫外灾难”C.黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫外线D.黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫色解析 实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，随着波长变短，即向紫外区延伸时，7计算的结果与实验曲线严重不符，该结果出现在紫外区，称其为黑体辐射的“紫外灾难” ，故 B 正确，A、C、D 错误。答案 B2.(物理学史)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.普朗克解析 普朗克是量子力学的奠基者，被称为量子力学之父。答案 D3.(光的波粒二象性)(多选)下列说法正确的是( )A.光是一种电磁波B.光是一种概率波C.光子相当于高速运动的质点D.光的直线传播只是宏观近似规律解析 不能把光波看做是宏观力学中的介质波、连续波，它实质上是电磁波、概率波；也不能把光子看做宏观世界中的实物粒子、质点。答案 ABD4.(光的波粒二象性)(多选)对光的认识，以下说法正确的是( )A.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D.光的波粒二象性应理解为在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析 个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性。光与物质相互作用时表现出粒子性，光的传播规律表现出波动性，光的波动性和粒子性都是光的本质属性。光的波动性表现明显时仍具有粒子性，因为波动性表现为粒子分布概率；光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为粒子的个别行为呈现出波动规律，A、B、D 正确。答案 ABD8基础过关1.下列关于黑体辐射的说法正确的是( )A.黑体辐射的强度仅与温度有关，温度越高辐射越强B.黑体辐射的强度与温度及辐射波长均有关C.只有黑色物体才能发生黑体辐射D.黑体辐射是一种理想辐射，在实际生活中很难找到，所以我们研究黑体辐射没有意义答案 B2.光子的能量是由下列哪个物理量决定的( )A.光的波长 B.光的频率C.光的传播速度 D.介质的性质解析 光子的能量 ε ＝ hν ， h 是普朗克常量，故光子的能量与光子的频率成正比，所以 B正确，A、C、D 错误。答案 B3.(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点下列说法正确的有( )A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收的B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的解析 根据普朗克的量子理论，能量是不连续的，其辐射和吸收的能量只能是某一最小能量单位的整倍数，故 A、B、D 均正确而 C 错误。答案 ABD4.(多选)下列叙述的情况正确的有( )A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体9B.光是波，与橡皮绳上的波相似C.光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”进行的D.光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述解析 光具有波动性，但不是经典理论中的波，光具有粒子性，也不是传统概念中的粒子。光与物质作用时，即发生能量交换时，不是连续进行的，而是“一份一份”进行的，表现出粒子性；光在空间的分布规律符合波动规律，表现出波动性。因此，A、B 错误，C、D 正确。答案 CD5.(多选)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.光子的能量由光强度决定，光越强，每份光子的能量一定越大C.光子的能量由光的频率决定，其能量与它的频率成正比D.光子可以被电场加速解析 光是不连续的分成许多单元的，具有一定能量的物质，这些单元叫做光子。根据ε ＝ hν 知，光子的能量与它的频率成正比。A、C 正确。答案 AC6.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能的。若有 N 个频率为 ν 的光子打在硅光电池的极板上，这些光子的总能量为( h 为普朗克常量)( )A.hν B. Nhν 12C.Nhν D.2Nhν解析 根据普朗克量子假说，每个光子能量为 ε ＝ hν ，所以 N 个光子的总能量E＝ Nε ＝ Nhν ，故 C 正确。答案 C能力提升7.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 3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )A.2.3×10－18 W B.3.8×10－19 WC.7.0×10－10 W D.1.2×10－18 W10解析 因每秒有 6 个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率 P＝ ，式中EtE＝6 ε ，又 ε ＝ hν ＝ h ，cλ可解得 P＝ W≈2.3×10 －18 W。6×6.63×10－ 34×3.0×1081×530×10－ 9答案 A8.根据量子理论，光子的能量 E0＝ hν ＝ h ，其中 c 为真空中的光速、 ν 为光的频率、cλλ 为光的波长，普朗克常数取 h＝6.6×10 －34 J·s。已知太阳光垂直照射时，每平方米面积上的辐射功率约为 P＝1.4 kW。假设太阳辐射的平均波长为 ＝6.6×10 －7 m，则在垂直λ－ 于太阳光的 S＝1 m 2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 E ＝ h0－ cλ－ 在 1 m2面积上，1 s 内得到的阳光总能量为 E＝ Pt，得到的光子个数 N＝ ＝ ＝ ＝4.7×10 21(个)。EE0－ Pthcλ－ 1.4×103×1×6.6×10－ 76.6×10－ 34×3×108答案 4.7×10 21(个)第 2节 量子世界学习目标 核心提炼1.了解 热辐 射、黑体等概念。2.知道 “紫外灾 难 ”。3.知道普朗克的量子假 说 ，理解量子化。4.理解物 质 的波粒二象性。3个概念 —— 热辐 射、黑体、物 质 波1个学 说 —— 普朗克的量子 说2个公式 —— ε＝ hν E＝ nε1个本 质 —— 光的本 质一、 “紫外灾难 ” 不连续的能量阅读 教材第 119～ 120页 “紫外灾 难 ”、 “不 连续 的能量 ”部分，了解 热辐 射、黑体的概念，了解 “紫外灾 难 ”。1.热辐射因物体中的 ____________受到激 发 而 发 射出 ________的 现 象，称 为热辐 射。物体在任何温度下都会 发 生 热辐 射 现 象。2.黑体黑体是物理学家 为 了研究 热辐 射的 规 律而 设 想的一个理想化模型，它是一个能____________热辐 射而 _________热辐 射的物体。分子、原子 电 磁波完全吸收 不反射3.“紫外灾难 ”(1)实验 曲 线 ：人 们发现 ，黑体的 单 色 辐 出度与黑体的 辐 射波 ______和 ______有关，并得出了黑体的 单 色 辐 出度与 辐 射波 __________ 、 _________之 间 关系的 实验 曲线 。(2)“紫外灾 难 ”：在推 导 符合 实验 曲 线 的公式 时 ， 发现结 果与 实验 曲 线 ________。这 个与 实验 不符的 结 果出 现 在紫外区。波 长 温度波 长 λ 温度 T不符合4.普朗克的量子说(1)提出的目的：普朗克 为 了克服 经 典物理学 对 黑体 辐 射 现 象解 释 的困 难 而提出的。(2)含 义 ：物体 辐 射 (或吸收 )的能量 E只能是某一最小能量 单 位的 _________。E＝ ______ (n＝ 1， 2， 3， …)(3)量子的能量： 辐 射中的一份能量就是一个量子。量子的能量大小取决于 辐 射的______，量子的能量 ε与 ________成正比。ε＝ ______，公式中 h＝ 6.63×10－ 34 J·s，称 为 普朗克常量。普朗克常量是普朗克引 进 的一个物理普适常数，是微 观现 象量子特征的表征。整数倍nε波 长 频 率 νhν5.量子 (化 )含义所 谓 量子 (或量子化 )，本 质 是 ___________。思维拓展你 觉 得夏天穿什么 颜 色的衣服最 热 ？ 为 什么？答案 夏天穿黑色衣服比穿浅色衣服感 觉 要 热 的多，因 为 黑色衣服吸收 热辐 射的能量多，反射 热辐 射的能量少，因而感 觉 要 热 得多。不 连续 性二、物质的波粒二象性阅读 教材第 121～ 122页 “物 质 的波粒二象性 ”，了解物 质 的波 动 性和粒子性。1.物理学史(1)光的微粒 说 的 创 始人是 ______，可以解 释 _________、 _________等。(2)光的波 动说 的代表人物是 _________ 。(3)光量子假 设 的提出者是 ____________，直到 ____________的 发现 才 验证 了光量子假 说 的正确性。牛 顿 光的反射 光的 颜 色惠更斯爱 因斯坦 康普 顿2.光的本质光具有 ______________，它在一定条件下，突出地表 现 出 _________， 实质 是不 连续 性；而在另一些条件下，又突出地表 现 出 _________。3.物质波物理学家德布 罗 意 进 一步提出了 _________理 论 ，根据 这 一理 论 ，每个物 质 粒子都伴随着 _________， 这 种波被称 为 物 质 波，又称 为 _________，戴 维孙 、革末及 汤 姆孙 通 过 ________________实验证实 了物 质 波的存在。波粒二象性 微粒性波 动 性物 质 波一种波 概率波电 子衍射4.结论光与静止 质 量不 为 零的物 质 都具有 ____________。思考判断(1)个 别 光子的行 为 表 现为 粒子性，大量光子的行 为 表 现为 波 动 性。 ( )(2)光具有波粒二象性 说 明有的光是波，有的光是粒子。 ( )(3)波粒二象性是牛 顿 的微粒 说 与惠更斯的波 动说结 合起来的学 说 。 ( )答案 (1)√ (2)× (3)×波粒二象性对量子化假设的理解2.量子化： 量子化的 “灵魂 ”是不 连续 。在宏 观领 域中， 这 种量子化 (或不 连续 性 )相 对于宏 观 量或宏 观 尺度极微小，完全可以忽略不 计 ，但在微 观 世界里，量子化 (或不连续 )是明 显 的，微 观 物 质 系 统 的存在、物体之 间传递 的相互作用量、物体的状 态及 变 化等都是量子化的。3.意义： 成功解决了 “紫外灾 难 ”问题 。[精典示例 ][例 1] (多 选 )关于量子假 说 ，下列 说 法正确的是 ( )A.为 了解决黑体 辐 射的理 论 困 难 ， 爱 因斯坦提出了量子假 说B.量子假 说 第一次提出了不 连续 的概念C.能量的量子化就是能量的不 连续 化D.量子假 说认为电 磁波在空 间 的 传 播是不 连续 的解析 量子假 说 由普朗克提出， 认为电 磁波的 发 射和吸收都是不 连续 的，是一份一份 进 行的。它不但解决了黑体 辐 射的理 论 困 难 ，而且更重要的是提出了 “量子 ”概念，揭开了物理学上 崭 新的一 页 ， 选项 B、 C正确。答案 BC[针对训练 1] 太阳光垂直照射到地面上 时 ，地面上 1 m2接收到的太阳光的功率 为 1.4 kW，其中可 见 光部分 约 占 45% ，假如 认为 可 见 光的波 长约为 0.55 μm，普朗克常量 h＝6.63×10－ 34 J·s，求地面上 1 m2面 积 上每秒接收到的可 见 光的光子数。对波粒二象性的理解[要点归纳 ]1.光的本性的认识历程学 说 代表人物 内容 成功与局限微粒 说 牛 顿 光是从光源射出的具有高速度的粒子流成功之 处 ：能解 释 光的直 线传 播、反射、折射、色散等 现 象。局限性：不能解 释 光的干涉、衍射等 现象波 动说 惠更斯 光像水波一 样 ，也是一种波，具有波的一切特性成功之 处 ：能解 释 光的干涉、衍射等波的特性。局限性：将光波等同于机械波电 磁 说 麦克斯 韦 光是一种 电 磁波成功之 处 ：能解 释 光的 传 播、干涉、衍射、散射、偏振等 现 象。局限性：不能解 释 光与物 质 相互作用中的能量量子化 转换 的性 质光子 说 爱 因斯坦光是不 连续 的、分成 许 多 单 元的、具有一定能量的物 质 ， 这 些单 元叫光量子 (光子 )成功之 处 ：能解 释 几乎所有光 现 象波粒二象性 德布 罗 意光在一定条件下表 现 出微粒性，实质为 不 连续 性，而在另一些条件下，表 现 出波 动 性，所以光既有粒子性，又具有波 动 性成功之 处 ：能解 释 几乎所有光 现 象2.光的波粒二象性(1)宏 观 上，大量光子表 现为 波 动 性，如光的干涉、衍射 现 象； 对 不同 频 率的光，频 率越低、波 长 越 长 ，表 现 出的波 动 性越 显 著。(2)在微 观 上，个 别 光子与其他物 质产 生作用 时 表 现为 粒子性，如光 电 效 应现 象、康普 顿 效 应现 象， 频 率越高、波 长 越短，表 现 出的粒子性越 显 著。(3)光子 说说 明光具有粒子性，而光子的能量与其 频 率成正比， 频 率是描述波 动 性特征的物理量。因此光子的能量 ε＝ hν显 示了光的波 动 性和粒子性之 间 的密切 联 系。3.物质的波粒二象性[精典示例 ][例 2] (多 选 )关于光的本性，下列 说 法中正确的是 ( )A.光子 说 并没有否定光的 电 磁 说B.光 电 效 应现 象反映了光的粒子性C.光的波粒二象性是 综 合了牛 顿 的微粒 说 和惠更斯的波 动说 得出来的D.大量光子 产 生的效果往往 显 示出粒子性，个 别 光子 产 生的效果往往 显 示出波 动 性解析 光既有粒子性，又有波 动 性，但 这 两种特性并不是牛 顿 所支持的微粒 说 和惠更斯提出的波 动说 ，它体 现 出的 规 律不再是宏 观 粒子和机械波所表 现 出的 规 律，而是自身体 现 的一种微 观 世界特有的 规 律。光子 说 和 电 磁 说 各自能解 释 光特有的 现象，两者构成一个 统 一的整体，而微粒 说 和波 动说 是相互 对 立的。AB光的波粒二象性应注意的问题(1)光子是能量 为 hν的微粒，表 现 出粒子性，而光子的能量与 频 率有关，体 现 了波 动 性，所以光子是 统 一波粒二象性的微粒。(2)在不同条件下的表 现 不同。大量光子表 现 出波 动 性，个 别 光子表 现 出粒子性。(3)光在 传 播 时 表 现 出波 动 性，光和其他物 质 相互作用 时 表 现 出粒子性； 频 率低的光波 动 性更 强 ， 频 率高的光粒子性更 强 。[针对训练 2] 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。答案 C