量子论初步相对论简介

本 课 件 主 要 使 用 工 具 为 office2003， Mathtype5.0, 几 何 画 板 4.0, flashplayer10.0 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版4 量 子 论 初 步 相 对 论 简 介 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版1.能 量 子 假 设物 质 发 射 (或 吸 收 )能 量 时 ， 能 量 是 ， 而 是 一 份 一 份 地 进 行 的 ，每 一 份 就 是 一 个 最 小 的 能 量 单 位 ， 这 个 不可 再 分 的 能 量 单 位 称 为 “ 能 量 子 ” ， 它 的数 值 等 于 辐 射 的 频 率 乘 以 一 个 常 量 h， 即=h.常 数 h则 被 叫 做 普 朗 克 常 数 ， 实 验 测 得h=6.63 10 -34Js不 连 续 的 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版2.光 的 波 粒 二 象 性干 涉 、 衍 射 和 偏 振 以 无 可 辩 驳 的 事实 表 明 光 是 一 种 ； 光 电 效 应 和 康 普顿 效 应 又 用 无 可 辩 驳 的 事 实 表 明 光 是 一种 ； 因 此 现 代 物 理 学 认 为 ： 光 具 有波 粒 二 象 性 . 波粒 子 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版3.物 质 波 (德 布 罗 意 波 )由 光 的 波 粒 二 象 性 的 思 想 推 广 到 微观 粒 子 和 任 何 运 动 着 的 物 体 上 去 ， 得 出物 质 波 (德 布 罗 意 波 )的 概 念 ： 任 何 一 个 运动 着 的 物 体 都 有 一 种 波 与 它 对 应 ， 该 波的 频 率 = ， 该 波 的 波 长 = .物 质 波是 一 种 波 .h hp概 率 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版4.不 确 定 性 关 系由 不 确 定 性 关 系 ， x、 px不 可 能 同 时 为零 ， 即 粒 子 坐 标 和 相 应 方 向 的 动 量 不 能 同 时测 定 准 确 .x测 得 越 准 ， 即 x越 小 时 ， px测 得越 不 准 ， 即 px越 大 .当 精 确 确 定 粒 子 坐 标 x(如x0)时 ， 则 Px必 然 无 法 精 确 测 量 (x0时 ，px)， 反 之 亦 然 .不 确 定 性 关 系 是 微 观 粒 子 具 有 的 必 然 反 映 .对 微 观 粒 子 不 能 用 坐 标 和 动 量 描 述 其 运动 状 态 .波 粒 二 象 性 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版 5.经 典 力 学 的 局 限 性 牛 顿 经 典 力 学 的 适 用 范 围 ： 、 .在 高 速 运 动 情 况 下 ， 代替 了 经 典 力 学 ； 对 于 原 子 、 质 子 、 电 子 等微 观 粒 子 ， 代 替 了 牛 顿 力 学 . 从 参 考 角 度 来 看 ， 牛 顿 运 动 定 律 在 中 才 成 立 ， 在 中 不 成 立 . 宏 观 物 体低 速 运 动 相 对 论 力 学量 子 力 学惯 性 系 非 惯 性 系 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版6.相 对 论 的 基 本 原 理（ 1） 相 对 性 原 理相 对 性 原 理 是 不 断 发 展 和 演 化 的 . 伽 利 略 相 对 性 原 理 ： 一 切 力 学 规 律在 所 有 惯 性 参 考 系 中 都 相 同 . 狭 义 相 对 性 原 理 ： 一 切 物 理 规 律 在所 有 惯 性 参 考 系 中 都 相 同 . 广 义 相 对 性 原 理 ： 一 切 物 理 规 律 在所 有 参 考 系 中 都 相 同 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版（ 2） 光 速 不 变 原 理光 在 真 空 中 的 速 度 在 任 何 参 考 系 中都 是 相 同 的 .7.相 对 论 的 基 本 结 论（ 1） 高 速 运 动 的 物 体 质 量 与 速 度有 关 ： 0 21 ( )mm vc 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版(2)动 尺 变 短 ： (3)动 钟 变 缓 ： (4)同 时 的 相 对 性(5)相 对 论 速 度 变 换 ： 20 1 ( )vl l c 0 21 ( )tt vc 21u uv uuc 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版1.怎 样 理 解 波 粒 二 象 性 ？波 粒 二 象 性 中 所 说 的 波 是 一 种 概 率 波 ，对 大 量 光 子 才 有 意 义 .波 粒 二 象 性 中 所 说 的 粒子 ， 是 指 其 不 连 续 性 ， 是 一 份 能 量 .(1)个 别 光 子 的 作 用 效 果 往 往 表 现 为 粒 子性 ； 大 量 光 子 的 作 用 效 果 往 往 表 现 为 波 动 性 .(2)高 的 光 子 容 易 表 现 出 粒 子 性 ； 低 的光 子 容 易 表 现 出 波 动 性 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版(3)光 在 传 播 过 程 中 往 往 表 现 出 波 动 性 ；在 与 物 质 发 生 作 用 时 往 往 表 现 为 粒 子 性 .(4)由 光 子 的 能 量 =h， 光 子 的 动 量 表 示 式 也 可 以 看 出 ， 光 的 波 动 性 和 粒子 性 并 不 矛 盾 ： 表 示 粒 子 性 的 粒 子 能 量 和动 量 的 计 算 式 中 都 含 有 表 示 波 的 特 征 的 物理 量 频 率 和 波 长 .由 以 上 两 式 和 波 速 公 式 c=还 可 以 得 出 ：=pc.hp 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版2.怎 样 理 解 物 质 波 是 一 种 概 率 波 ？物 质 波 ， 又 叫 德 布 罗 意 波 ， 是 法 国物 理 学 家 德 布 罗 意 于 1924年 提 出 来 的 ，其 内 容 是 ： 一 切 实 物 粒 子 也 都 具 有 波 粒二 象 性 .如 原 来 认 为 是 粒 子 的 电 子 、 质子 、 中 子 、 原 子 等 在 运 动 状 态 下 都 具 有波 粒 二 象 性 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版在 德 布 罗 意 提 出 物 质 波 的 概 念 之 后 ，物 理 学 家 们 曾 经 提 出 了 关 于 物 质 波 属 于什 么 性 质 的 波 的 多 种 解 释 ， 1926年 ， 物理 学 家 波 恩 提 出 了 符 合 事 实 的 ， 为 大 家公 认 的 统 计 规 律 ， 统 一 了 粒 子 概 念 和 波动 概 念 .一 方 面 微 观 粒 子 具 有 集 中 的 能量 、 质 量 和 动 量 ； 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版另 一 方 面 它 们 在 各 处 的 出 现 具 有 一 定的 概 率 ， 由 这 个 概 率 可 以 算 出 它 们 在 空 间的 分 布 ， 这 种 分 布 又 与 波 动 规 律 一 致 .物 质波 在 某 一 地 方 的 强 度 跟 在 该 处 找 到 粒 子 的概 率 成 正 比 .按 照 波 恩 的 解 释 ， 物 质 波 是 一种 概 率 波 .对 于 概 率 波 ， 一 般 情 况 下 不 能 用确 定 的 坐 标 来 描 述 它 们 的 位 置 ， 也 无 法 用轨 迹 来 描 述 它 们 的 运 动 ， 但 它 们 在 空 间 各处 出 现 的 概 率 却 是 受 波 动 规 律 支 配 的 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版用 统 计 规 律 总 结 出 来 的 物 质 波的 特 性 ， 能 很 好 地 解 释 电 子 等 微 观粒 子 的 衍 射 现 象 .电 子 流 通 过 金 属 薄片 光 栅 后 ， 物 质 波 发 生 衍 射 .有 的 地方 由 于 波 的 叠 加 而 使 物 质 波 的 强 度增 大 ， 电 子 到 达 这 里 的 几 率 就 大 ， 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版因 而 到 达 这 里 的 电 子 数 就 较 多 ， 有的 地 方 由 于 波 的 叠 加 而 使 物 质 波 的 强 度减 小 甚 至 为 零 ， 电 子 到 这 里 的 几 率 就 较少 甚 至 为 零 ， 因 而 到 达 这 里 的 电 子 数 很少 甚 至 没 有 .可 见 ， 具 有 物 质 波 的 微 观粒 子 与 光 子 很 相 似 ， 都 同 时 具 有 波 动 性和 粒 子 性 ， 也 都 属 于 概 率 波 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版3.不 确 定 性 关 系 的 物 理 意 义 和 微 观 本 质(1)物 理 意 义 ： 微 观 粒 子 不 可 能 同 时 具有 确 定 的 位 置 和 动 量 .粒 子 位 置 的 不 确 定 量x越 小 ， 动 量 的 不 确 定 量 px就 越 大 ， 反 之亦 然 .(2)微 观 本 质 ：是 微 观 粒 子 的 波 粒 二 象 性 及 粒 子 空 间分 布 遵 从 统 计 规 律 的 必 然 结 果 .不 确 定 性 关 系 式 表 明 ： 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版 微 观 粒 子 的 坐 标 测 得 愈 准 确(x0)， 动 量 就 愈 不 准 确 (px)；微 观 粒 子 的 动 量 测 得 愈 准 确 (px0)，坐 标 就 愈 不 准 确 (x).但 这 里 要 注 意 ， 不 确 定 性 关 系 不 是 说微 观 粒 子 的 坐 标 测 不 准 ； 也 不 是 说 微 观粒 子 的 动 量 测 不 准 ； 更 不 是 说 微 观 粒 子的 坐 标 和 动 量 都 测 不 准 ； 而 是 说 微 观 粒子 的 坐 标 和 动 量 不 能 同 时 测 准 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版 为 什 么 微 观 粒 子 的 坐 标 和 动 量 不 能同 时 测 准 ?这 是 因 为 微 观 粒 子 的 坐 标 和 动 量 本 来就 不 同 时 具 有 确 定 量 .这 本 质 上 是 微 观 粒子 具 有 波 粒 二 象 性 的 必 然 反 映 .由 以 上 讨 论 可 知 ， 不 确 定 性 关 系 是 自然 界 的 一 条 客 观 规 律 ， 不 是 测 量 技 术 和主 观 能 力 的 问 题 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版 不 确 定 性 关 系 提 供 了 一 个 判 据 ：当 不 确 定 性 关 系 施 加 的 限 制 可 以 忽 略时 ， 可 以 用 经 典 理 论 来 研 究 粒 子 的 运 动 .当 不 确 定 性 关 系 施 加 的 限 制 不 可 以 忽略 时 ， 只 能 用 量 子 力 学 理 论 来 处 理 问 题 . 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版1.光 的 波 粒 二 象 性 在 光 的 双 缝 干 涉 实 验 中 ， 在 光 屏 上放 上 照 相 底 片 ， 并 设 法 减 弱 光 的 强 度 .使 光 子 只 能 一 个 一 个 地 通 过 狭 缝 ， 设 每个 光 子 在 狭 缝 上 通 过 ， 打 在 底 片 上 就 留下 一 点 .则 ( ) ABC 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版A.若 曝 光 时 间 不 太 长 ， 则 在 底 片 上 出现 一 些 无 规 则 的 点B.若 曝 光 时 间 足 够 长 ， 则 底 片 上 出 现干 涉 条 纹C.这 个 实 验 表 明 光 具 有 粒 子 性D.这 一 实 验 结 果 表 明 光 只 有 波 动 性 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版对 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 和 电 子 是 同 样 的 粒 子C.光 的 波 长 越 长 ， 其 波 动 性 越 显 著D.光 的 频 率 越 高 ， 其 波 动 性 越 显 著 波 粒 二 象 性 是 光 的 本 身 属 性 ， 即 光 子本 身 就 具 有 波 动 性 和 粒 子 性 .高 的 光 子 容 易 表现 出 粒 子 性 ； 低 的 光 子 容 易 表 现 出 波 动 性 . C 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版2.物 质 波 试 估 算 一 个 中 学 生 在 跑 百 米 时 (用 时约 14s)的 德 布 罗 意 波 的 波 长 . 估 计 一 个 中 学 生 的 质 量m50kg， 百 米 跑 时 速 度 v7m/s， 则由 计 算 结 果 看 出 ， 宏 观 物 体 的 物 质 波波 长 非 常 小 ， 所 以 很 难 表 现 出 其 波 动 性 .-34 -366.63 10= m=1.9 10 m50 7hp 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版3.经 典 力 学 与 相 对 论 力 学 （ 2009江 苏 ） 如 图 12-4-1所 示 ， 强 强乘 速 度 为 0.9c(c为 光 速 )的 宇 宙 飞 船 追 赶 正前 方 的 壮 壮 ， 壮 壮 的 飞 行 速 度 为 0.5c， 强强 向 壮 壮 发 出 一 束 光 进 行 联 络 ， 则 壮 壮 观测 到 该 光 束 的 传 播 速 度 为 .(填 写 选 项前 的 字 母 )A.0.4c B.0.5cC.0.9c D.1.0c图 12-4-1 D 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版(2009广 东 ） 物 理 学 的 发 展 丰 富 了 人 类对 物 质 世 界 的 认 识 ， 推 动 了 科 学 技 术 的 创新 和 革 命 ， 促 进 了 物 质 生 产 的 繁 荣 与 人 类文 明 的 进 步 .下 列 表 述 正 确 的 是 ( )A.牛 顿 发 现 了 万 有 引 力 定 律B.洛 伦 兹 发 现 了 电 磁 感 应 定 律C.光 电 效 应 证 实 了 光 的 波 动 性D.相 对 论 的 创 立 表 明 经 典 力 学 已 不 再适 用 A 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版4.相 对 论 的 基 本 结 论 一 艘 以 0.9c的 速 率 离 开 地 球 的 宇 宙 飞船 ， 以 相 对 于 自 己 0.9c的 速 率 向 前 发 射 一枚 导 弹 ， 求 该 导 弹 相 对 于 地 球 的 速 率 . 以 地 面 为 K系 ， 宇 宙 飞 船 为 K系 ， 按 速 度 合 成 公 式即 导 弹 相 对 于 地 面 的 速 率 v仍 小 于 c.22 0.9 +0.9= =0.994 .1 / 1+0.9 0.91u u v u c cv v cuu v u cc ，有 立 足 教 育 开 创 未 来 高 中 新 课 标 总 复 习 （ 第 1轮 ） 物 理 湖 南 人 教 版一 长 杆 在 车 厢 中 静 止 ， 杆 与 车 厢 前进 的 方 向 平 行 ， 在 车 厢 中 测 得 杆 长 为1.0m， 若 车 厢 以 0.6c的 速 率 行 驶 (c为 光速 )， 则 在 地 面 上 测 得 的 杆 长 为 .0.8m 本 节 完 ， 谢 谢 聆 听立足教育，开创未来