课件14张PPT。通过上节课的学习，我们知道在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。”
两朵乌云：
迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验相对论光速是相对的，在不同的参照系上测量，光速可能不同。在任何惯性系中，测量的光速都相等。绝对的时间与绝对的空间，时间与空间和物体的运动无关时间与空间是相对的与物体的运动有关，（时间延缓效应、长度收缩效应）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。低速世界（我们所生活的这个世界）高速世界（速度接近或达到光速）通过前面的学习，我们知道在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。”
两朵乌云：
迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验相对论量子论我们知道，燃烧的物体都会发光，后来人们发现那是因为燃烧使物体温度升高的缘故。
为什么？？？？
光有很多种颜色：
可见光：红橙黄绿青蓝紫
光是一种电磁波，
波长不同光的颜色就不一样。
可见光：红橙黄绿青蓝紫
波长：780nm~380nm燃烧与光到底有什么关系？？
热辐射：任何物体在任何温度下都会发射各种波长的电磁波。
当温度达到一定值时，使发射电磁波的波长在可见光波长范围内，就可以看到光。
任何物体都可以发射热辐射，也可以吸收吸收热辐射。
黑体：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。（即光射进去之后完全不反射出来）科学家们通过实验得出：黑体辐射的波长与温度的关系。物理学家想通过经典物理学理论推导出实验曲线。瑞利—金斯曲线实验曲线普朗克从1894年起投入对黑体辐射的研究，奋斗了6年。在用经典理论无法解释实验结果的情况下，提出了崭新的量子假说，成功的解决了“紫外灾难”的问题。普朗克的量子假说认为：物质辐射的能量是一份一份的，就像物体是由一个一个原子构成的一样。
一份能量就是一个量子，大小取决于波长，与频率成正比： 是普适常数6.63×10-34J·S， 是频率。 经典物理学认为，能量是连续的。人们认为光有两种属性，波动性和粒子性。光是电磁波，具有波动性。什么是粒子性？
1、牛顿是光的微粒说的创始人，认为光是高速运动的粒子流。
可以解释光的反射、光的颜色等。18世纪被大多数人说认可。
但却不能解释光的干涉、衍射等。 二、光是什么？？2、荷兰物理学家惠更斯认为，光像水波一样，是一种波，称为光波。
19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦又提出光是一种电磁波。即光的波动说。
可以解释光的干涉、衍射等
到19世纪，波动说就取代了微粒说，得到大多数人的认可。3、但20世纪初，光电效应的出现，人们发现电磁波又没办法解释这一现象。
这时爱因斯坦意识到普朗克量子假设的意义，即能量是量子化的。提出了光量子假设。
爱因斯坦认为：光是不连续的、分成许多单元，具有一定的能量，这些单元就称为光量子。即光也是一份一份的。
光量子即光子。4、光具有波粒二象性：光在一定条件下，突出地表现为微粒性，实质是不连续的。而在另一些条件下，又突出地表现为波动性。5、法国物理学家德布罗意通过研究，意识到既然光具有波粒二象性，那么质量不为零的物质粒子（如电子）也应具有波动性。
提出了物质波理论：每个物质的粒子都伴随着波，这种波就叫做物质波，又称为概率波。
德布罗意物质波理论揭示了物质（包括光和电子）的统一性。课件30张PPT。第1节 高速世界 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第1节课前自主学案课标定位课标定位学习目标：1.初步了解爱因斯坦相对论建立的背景，知道时间延缓、长度收缩效应、质速关系、质能关系和时空弯曲．能运用相对论知识解释简单的现象．
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的关系．
3．初步认识“猜想”、“假设”和物理模型的构建在科学研究中的重要作用，培养大胆质疑的勇气和批判意识．重点难点：1.通过分析了解经典物理时空观的局限性及其与相对论时空观的差异．
2．理解时间延缓效应、长度收缩效应和质速关系、质能关系．课前自主学案一、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__________．
2．光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的_________________都一样．(c＝3×108 m/s)
二、时间延缓效应
1．时间延缓效应：运动的钟比静止的钟走得____，这种效应被称为时间延缓．
2．在相对论时空观中，Δt为运动时间，Δt′为静止时间，满足相同的形式真空中的光速c慢三、长度收缩效应
1．长度收缩效应：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参照系中测出的______
2．长度收缩效应表达式：
短四、质速关系
当物体在所处的惯性参照系中静止时，质量m0最小，称为_________．当物体相对于惯性系以速度
v运动，在此惯性系内观测它的质量为
物体的质量随_____的增大而_____，在低速运动中，质量的变化可以______．
静止质量速度增大忽略五、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_____的减少或增加，其关系为ΔE＝_____.
六、时空弯曲
1．爱因斯坦认为_____和_____对轨迹的弯曲是等效的，如果加速能使光线_____，那么引力也能使光线_____．
2．按照广义相对论，光线在引力场中的弯曲可等效为_________被引力弯曲了，引力不但影响空间，还影响______，此影响可描述为________．
3．在宇宙中，物质______、_______的区域时空弯曲大；物质稀少的地方，时空较“平直”．mc2能量Δmc2加速引力弯曲弯曲空间本身时空弯曲时间质量大密度高核心要点突破一、对狭义相对论时空观的理解
1．狭义相对论的基本原理
(1)相对性原理
①内容：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．
②对相对性原理的两点理解
a．惯性系是指牛顿运动定律成立的参考系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也是惯性系．b．相对性原理表明：在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统该过程做出描述的物理定律的形式皆保持形式不变．
(2)光速不变原理
①内容：在一切惯性参照系中，测到的真空中的光速都一样．
②光速不变原理表明：在一切惯性系中观测真空中传播的光，其传播速度均为c，与光源或者观察者的运动无关．图6－1－1由于vm0，速度v越大，运动质量也越大．当v＝0.98c时，m＝5m0.当速度v?c时，m＝m0，这就回到了经典物理学的结论——物体的质量与物体的运动状态无关．对于速度v＝c的光子，其静止质量m0＝0，即只有静止质量为零的粒子，才能以速度c运动．对于质量m0≠0的物体，当v→c时，m→∞，可见，即使长时间对物体施加恒力F的作用，物体的速度也不可能无止境地增大，其速度不可能达到光速c.
二、对质能方程的理解
1．质能方程说明，一定质量总是跟一定能量相联系的，具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和．2．根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．物体的质量增加，总能量随之增加；质量减少，物体的总能量也随之减少，这时质能方程也写作：ΔE＝Δmc2.
?特别提醒：(1)任何质量m都对应着一定的能量mc2，但质量不是能量．
(2)爱因斯坦曾把这个公式看做他的狭义相对论最有意义的结果，因为这个公式为开发和利用原子能提供了理论基础．
(3)公式ΔE＝Δmc2表示，随着一个物体质量的减少，会释放出一定的能量；与此同时，另一个物体吸收了能量，质量也会随之增加．三、广义相对论和时空弯曲的认识
1．广义相对性原理
在任何参照系中(包括非惯性系)物理规律都是相同的，这意味着惯性系中的运动定律在非惯性系中都是相同的，但要满足相对性原理．
2．相对论的等效原理
一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参照系等价．这意味着一个非惯性系可以看成一个惯性系，只不过是它的后面有一个均匀的引力场，因为惯性和引力在非惯性系中是分不清的．3．时空弯曲
当物体做加速运动或在非惯性系中时，光线将不再沿直线传播．光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了，引力不但影响空间，还影响时间，因此对影响的最佳描述就是时空弯曲．物质的引力使光线弯曲，时间间隔与引力场有关．课堂互动讲练 设某人在以速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是( )
A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c
B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c
C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5c
D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c【思路点拨】 解答此题时应注意爱因斯坦的光速不变原理．
【精讲精析】 由爱因斯坦的狭义相对论——光速不变原理可得，在真空中的光速在不同的惯性参照系中都是相同的．地面的观察者是惯性参照系，只要是站在地面上的观察者，看到的光速都是相等的．所以A、B、C错误，D正确．
【答案】 D
【方法总结】 在一切惯性参照系中测得的光速都是一样的，关键是判断是不是都在惯性参照系中观察．
变式训练1 关于狭义相对论的基本假设，下列说法中正确的是( )
①在不同惯性系中，力学规律都是相同的 ②在不同的惯性系中，真空中的光速是不同的 ③在不同参照系中，一切物理规律都是相同的 ④对任何惯性系，真空中的光速都是相同的
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D.狭义相对论的基本假设均建立在惯性参照系的基础上，故①④正确．故选D.狭义相对论时空观的应用 半人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016m.设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间．
(1)若宇宙飞船的速率为0.999c，按地球上时钟计算，飞船往返一次需多少时间？
(2)如以飞船上时钟计算，往返一次的时间又为多少？
【思路点拨】 根据时间的相对性，利用时间延缓公式计算【答案】 (1)2.87×108 s (2)1.28×107 s.
【方法总结】 理解时间在不同参考系中同时的相对性．物体所在的惯性系相对于我们所在的惯性系的速度越大，我们所观测到的物理过程的时间就越长，时间过得就越慢．解决问题时明确哪个是物体所在运动参考系的时间，哪个是观测参考系的时间．变式训练2 在静止坐标系中的正立方体每边长为L0，另一坐标系以相对速度v平行于立方体的一边运动．问在后一坐标系中的观察者测得的立方体体积是多少？ 太阳在不断地辐射能量，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，试计算太阳在一秒内失去的质量．估算5000年内总共减少了多少质量？并求5000年内减少的质量与太阳的总质量2×1027 t的比值．质能方程的应用【答案】 见自主解答【方法总结】 质能方程表达了物质的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应，E＝mc2.当物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加．如果用Δm表示物体质量的变化量，ΔE表示能量的变化量，那么亏损的质量就对应能量为ΔE＝Δmc2.课件31张PPT。第
6
章考向一理解教材新知第
1
节把握热点考向应用创新演练考向二知识点一知识点二随堂基础巩固课时跟踪训练知识点三 1．相对性原理
所有物理规律在一切 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 都一样。
由这两条假设所建立的理论叫做狭义相对论。
惯性参照系高速世界的两个基本原理真空中的光速c 1．对相对性原理的理解
(1)惯性系是指牛顿运动定律成立的参照系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也是惯性系。
(2)相对性原理表明：在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理规律，在其他一切惯性系中对该系统该过程做出描述的物理规律皆保持形式不变。例如，在匀速飞行的飞机上观测，上抛小球的运动遵循动能定理，那么在地面上(或在其他惯性系中)观测，上抛小球的运动仍遵循同样形式的动能定理。 2．光速不变原理的理解
光速不变原理表明：在一切惯性系中观测在真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无关。这一结论实际上已被大量的实验(包括迈克尔孙实验)证实。如图6－1－1所示，假设在真空环境中，静止在匀速运行列车中的观测者与静立于地面的观测者，测得手电发出的光波的速度大小都是c。图6－1－1 光速不变原理示意图1．下列说法中不正确的是 ( )
A．只有静止的参照系是惯性系
B．由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，
研究力学问题时可以选择任何惯性系
C．在不同的惯性系中，光速都是相同的
D．在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是
否相对另一个惯性系做匀速直线运动.解析：如果牛顿运动定律在某个参照系中成立，这个参照系就叫做惯性系，而在静止或匀速直线运动的参照系中牛顿运动定律是成立的，故A错误。由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此研究力学问题时可以选择任何惯性系，但表达式可能有的复杂、有的简单，原则上是越简单越好，故B正确。C是相对论中的光速不变原理的内容，故C正确。在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否相对另一个惯性系做匀速直线运动，故D正确。
答案：A狭义相对论的结论静止质量4．质能关系
爱因斯坦对质量和能量给出了如下关系式：
或 。
E＝mc2ΔE＝Δmc22．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速
度变化而变化，原因是 ( )
A．运动中物体无法称量质量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度的变化而变化答案： B
时 空 弯 曲 (1)爱因斯坦认为 和 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
被引力弯曲了。引力不但影响空间，还影响
，此影响可描述为时空弯曲。加速运动引力作用空间本身时间[自学教材] 1．爱因斯坦的广义相对论
对于表述各种物理规律来说所有的参考系都是等价的。即加速场与引力场是等效的，引力和惯性力是等效的。
2．实验验证
(1)光线的引力偏折。
太阳附近引力场很大，光线偏折，太阳周围的空间是弯曲的，并且具有正曲率。因此，光线在引力场中发生了偏折或者引力场中的空间是弯曲的。 (2)引力红移。
在远离引力中心的地方观察引力场中发生在不同地点的同
一物理过程，引力越强的地方，观测时间越慢，空间距离越短，即引力的“时缓尺缩效应”越显著。在引力场中光速变慢，物质
的光谱周期变长，频率发生了变化(变小)，称之为引力红移。
(3)水星近日点进动。
牛顿理论：行星的轨道是严格闭合的椭圆。
观测表明：行星的椭圆轨道存在进动现象即椭圆的长轴也缓慢转动。由广义相对论，太阳附近的时空连续系统的弯曲性质，必然引起水星轨道产生进动。 (4)雷达回波延迟。
用雷达向水星和金星发射电磁波，雷达波经过太阳附近时测得往返时间为Δt1，雷达波不经过太阳附近时测得往返时间为Δt2，Δt1>Δt2，这表明太阳引力场引起时间延缓效应。
3．时空弯曲
爱因斯坦进一步认为，光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被弯曲了。引力不但影响空间，而且影响时间，对影响方式的最佳描述就是时空弯曲。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，时空较“平直”。3．光线在引力场中的弯曲可以等效为________被引力弯曲
了，引力不但影响空间，而且也影响________，对影响方式的最佳描述就是____________。
解析：广义相对论的观点：加速能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲；进一步研究认为，光线在引力场中的弯曲可以等效为空间被引力弯曲了，引力不但影响空间，而且也影响时间，对影响方式的最佳描述就是时空弯曲。
答案：空间 时间 时空弯曲狭义相对论的两种效应[答案] (1)约30 m (2)30 m (3)26 m上题中火箭内完好的手表走过了1 min，地面上的人认为经过了多少时间？答案：(1＋3.3×10－11) min
狭义相对论两种关系的应用 [例2] 太阳在不断地辐射能量，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，试计算太阳在一秒内失去的质量。估算5 000年内总共减少了多少质量，与太阳的总质量2×1027 t的比值k为多大。
[思路点拨] 解此题可按以下思维流程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。点击下图进入“随堂基础巩固”点击下图进入“课时跟踪训练”课件27张PPT。第2节 量子世界 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第2节课前自主学案课标定位课标定位学习目标：1.初步了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性，知道“量子假说”的主要内容．
2．初步了解爱因斯坦“光量子说”的含义，了解光的微粒说与波动说之争，知道光具有波粒二象性．
重点难点：普朗克量子说的主要内容及物质的波粒二象性课前自主学案一、“紫外灾难”
1．热辐射：因物体中的___________受到激发而发射出______的现象．
说明：物体在任何温度下都会发射出各种波长的_______．
2．黑体：一个能_________热辐射而______热辐射出的物体，它是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个_________．分子、原子电磁波电磁波完全吸收不反射理想模型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(μm)温度T(K)不符二、不连续的能量
1．量子假说的内容
(1)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，即E＝nε(n＝1,2,3…)．
(2)辐射是由一份份的能量组成的，一份能量叫做一个量子．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，即ε＝hν＝hc/λ，h为普朗克常数．
2．量子化：本质是不连续性，在微观世界里，量子化或不连续性是明显的．微观物质系统的存在是量子化的，物体之间传递的相互作用量是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的．三、物质的波粒二象性
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．
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________．牛顿光的反射、光的颜色惠更斯爱因斯坦康普顿效应波粒二象性微粒性波动性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、革末及汤姆孙的__________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______________．物质波一种波概率波电子衍射波粒二象性核心要点突破一、黑体辐射及能量不连续性的理解
1．黑体与黑体辐射的理解
(1)黑体辐射：一般的物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．因此黑体辐射对研究热辐射的规律有重要作用．(2)黑体辐射的实验定律：对如图6－2－1所示的空腔加热，空腔的温度升高，小孔就成了不同温度下的黑体．从小孔向外的辐射就是黑体辐射．它所辐射的电磁波强度按波长的分布情况如图6－2－2所示．图6－2－2画出了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系．可以看出，随着温度升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．图6－2－1图6－2－2(3)紫外灾难：物体中存在着不停地运动的带电粒子，每个带电粒子的振动都会产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射．依据热力学和电磁学的知识，德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式，瑞利公式后经金斯修正，称为瑞利—金斯公式．维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏差很大．瑞利—金斯公式在长波区与实验基本一致，在短波区与实验严重不符，且当波长趋于零时，辐射竟变成无穷大！这显然是荒谬的．
由于波长很小的辐射在紫外线波段，故上述荒谬结果被称为“紫外灾难”2．对量子化假设的理解
能量子假说：物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份就是一个最小的能量单位，这个不可再分的最小的能量单位称为“能量子”，它的数值等于辐射的频率ν乘以一个常量h，即E＝hν.h称作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s.这种在微观领域中能量的不连续变化，即只能取分立值的现象，叫做能量的量子化．图6－1－1二、对波粒二象性的理解
1．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性．
2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．
3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．
4．对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．5．实物粒子与波
(1)1924年，法国青年物理学家德布罗意在光具有波粒二象性的启发下，提出了一个大胆的观点：一切实物粒子(如电子、原子、分子等)都具有波粒二象性．德布罗意把实物粒子所对应的波叫物质波，又称为德布罗意波，波长表达式为λ＝，其中λ是波长，p＝mv称为动量，h为普朗克常数．
(2)物质的波粒二象性在实践中的应用
电子显微镜的水平分辨率为0.2 nm，垂直分辨率为0.1 nm.达到了原子尺度，如利用铁原子排成原子围栏．特别提醒：(1)微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性，但极不明显．
(2)光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把光当成宏观概念中的波和粒子．光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时显示粒子性．课堂互动讲练 【答案】 3.14×10－19 J 5.73×1016个【方法总结】 普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时只能是一份一份的．ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.在宏观世界里，一个物理量的取值通常是连续的，但在微观世界里，物理量的取值是不连续的，只能取一些分立的值．变式训练1 一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7 m．在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为( )
A．2×1017 B．2×1016
C．2×1015 D．2×1023对波粒二象性的理解 下列对于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．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E＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性【思路点拨】 在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．光既不是宏观观念的波，也不是微观观念的粒子，光具有波粒二象性是指光在传播过程中，同物质作用时表现出波和粒子的特性．把光理解为宏观世界的波和粒子是主要错误，受宏观概念中波与粒子对立的思维定势影响是错误的根源．【精讲精析】 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性．当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性．粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．【答案】 D【方法总结】 光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出微粒性，实质为不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性．变式训练2 对光的认识，以下说法不正确的是( )
A．个别光子的行为表现为粒子性，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：选C.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属性，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，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，答案为C.课件29张PPT。第
6
章考向一理解教材新知第
2
节把握热点考向应用创新演练考向二知识点一知识点二随堂基础巩固课时跟踪训练知识点三 1．黑体模型：一个能完全吸收热辐射而
不反射热辐射的物体。
2．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，即E＝nε，ε＝hν。
3．光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出粒子
性，实质为不连续性，而在另一条件下，又突出地表现
出波动性。
4．物质波(概率波)：静止的质量不为零的物质(如电子)，具
有波的性质。 1．黑体
黑体是一个理想模型，即一个能 热辐射而不反射热辐射的物体。
2．紫外灾难
人们发现黑体的 与黑体的辐射波波长和
有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长λ(μm)、温度T(K)之间关系的实验曲线，该实验曲线与从经典物理理论
导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的
“ ”。完全吸收“紫外灾难”单色辐出度温度紫外灾难 1．热辐射
物体在任何温度下都会发射各种波长的电磁波，这种因物体中的分子、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射各种波长的电磁波。
2．理想黑体
理想黑体是从观察自然中抽象出来的一种物理模型。理论分析表明，一种理想黑体能够全部地吸收投射到它上面的一切辐射，而在同样温度下，它所发出的热辐射也比任何其他物体要强。对于理想黑体，不论其组成的材料如何，它们具有在相同温度下发出同样形式的辐射能量。1．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，故称为黑体辐射的“紫外灾难”
C．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部是紫外线
D．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部是紫色解析：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，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”。
答案： B不连续的能量 (1)普朗克的量子假说认为，物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的 倍。
E＝nε，n＝1,2,3…
(2)辐射是由一份份的能量组成的，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与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝ ＝ 。公式
中的h是普朗克常数，数值为6.626 176×10－34 J·s，这是普朗
克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。整数波长hν 对量子的理解
量子的原意是“分立的部分”或“数量”，所谓量子或量子化，本质是不连续性。在宏观领域中，这种量子化(或不连续性)相对宏观量或宏观尺度极微小，完全可以忽略不计。在微观世界里，量子化或不连续性是明显的。微观物质系统的存在是量子化的，物体之间传递的相互作用量是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的。2．关于能量子假说，下列说法正确的是( )
A．为了解决黑体辐射的理论困难，爱因斯坦提出了能量
子假说
B．能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连续化
D．能量子假说认为光在空间中的传播是不连续的解析：普朗克提出了能量子假说，它认为，物质辐射(或吸收)的能量都是不连续的，是一份一份进行的。它不但解决了黑体辐射的理论困难，而且重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学上崭新的一页，B正确。
答案：B物质的波粒二象性 (1) 和 表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的 。
(2)德布罗意进一步提出 理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又叫 。
戴维孙、革末及汤姆孙的 实验证实了物质波的存在。光电效应康普顿效应波粒二象性物质波概率波电子衍射 (3)光与静止质量不为零的物质都具有 。粒子性或量子性的本质在于 ；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的 ，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波。不连续性波粒二象性不确定性 波粒二象性中所说的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)频率高的光子容易表现出粒子性；频率低的光子容易表现出波动性。3．下列关于物质波的认识，不正确的是( )
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：由德布罗意波的定义可知，任何一个运动的物体都有一种波与它对应。德布罗意波(即物质波)是一种概率波。电子的衍射证实了物质波的存在，故A、C、D对，B错误。
答案：B.量子化的应用 [例1] 已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×103 J，其中可见光部分约占45%。假设可见光的频率均为5.5×1014 Hz，太阳光向各个方向的辐射是均匀的，日地间距离R＝1.5×1011 m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太阳每秒辐射的可见光的光子数约为多少个(只要求保留两位有效数字)。
[思路点拨] 解此题可按以下思路：
建立以太阳为中心、以日地距离为半径的球形模型分析每秒内太阳辐射的能量根据光子的能量计算光子个数??[答案] 4.9×1044个答案： A
光的波粒二象性的理解 [例2] 下列对于光的波粒二象性的说法中，正确的是
( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．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E＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
[思路点拨] 光的波粒二象性是光在不同情况下的更明显的呈现形式。 [解析] 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性。粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说。
[答案] D2．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
B．光是波，与橡皮绳上的波相似
C．光是一种粒子，它和物质作用是连续进行的
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、C错误，D正确。
答案：D点击下图进入“随堂基础巩固”点击下图进入“课时跟踪训练”课件13张PPT。高速世界
------相对论 一、相对论概述⊙ 相对论主要是关于物质运动与时间空间关系的理论.其中局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论，推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论.
⊙ 提出原因：迈克尔孙—莫雷实验结论与经典时空观及衍生出的以太学说相违背.
⊙ A.Einstein通过对电磁理论研究，意识到实验的困境是由于时空观造成的.于是，他彻底抛弃“以太”的概念，提出相对论的两条基本假设.基于这两条基本原理，爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域.
二、经典时空观与相对论时空观● 经典时空观时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响● 经典时空观的几个基本结论： ① 同时的绝对性
② 时间间隔的绝对性
③ 空间距离的绝对性二、经典时空观与相对论时空观● 相对论时空观1.狭义相对论的理论前提
① 相对性原理
——在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.
② 光速不变原理
——不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同.
2.狭义相对论的基本结论① 时间延缓效应：运动的时钟变慢二、经典时空观与相对论时空观② 长度收缩效应：运动的尺子缩短
③ 质速关系：物理质量随着速度的增大而增大
④ 质能关系：质量和能量是物质不可分离的属性【注意】只有高速运动时，以上效应才明显(1)时间延缓效应(1)时间延缓效应分析：在此过程中，车上的钟走过的时间为 ，称固有时.静止在地面上的观察者看来，由于列车在高速行驶测得该过程经历的时间为设车厢高度为h，列车行驶速度为v,则【例题】A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行， vB牛顿力学的基础就是以牛顿命名的那三条定律，
这一理论形成于十七世纪，在以后的两个多世纪里，
牛顿力学对科学和技术的发展起了巨大的推动作用，
同时自身也得到了很大发展。
但是，进入二十世纪，
物理学研究的领域开始深入到了微观高速领域，微观高速如原子、电子粒子，光、电磁波及粒子衰变，速度为光速或接近光速空间尺度这时人们发现牛顿力学在这些领域不再适用物理学的发展要求对牛顿力学以及某些长期
认为是不言自明的基本观念作出根本性的变革，
物理学需要一场革命！二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是这场
从经典物理向近代物理变革的标志本节介绍相对论的基础知识?. 伽利略相对性原理对于第一个问题，牛顿力学的回答是干脆的：对于任何惯性参照系，牛顿定律都成立，
这也就是说，对于不同的惯性参照系，
力学的基本定律——牛顿定律的形式是一样的。这一结论称作伽利略相对性原理或力学相对性原理一、 经典力学时空观甲 乙惯性参照系牛顿定律适用的参照系相对惯性系作匀速直线运动的参照系选择的参考系不同，对运动的描述就不同：例如：让两小球从同一高度同时自由下落。符合牛顿运动定律不符合牛顿运动定律对于空间和时间测量的问题，
牛顿力学是用绝对空间和绝对时间的概念来回答。?. 绝对时空观所谓绝对空间是指长度的量度与参照系无关；
绝对时间是指时间的量度与参照系无关这就是说，两点之间的距离，
无论在那个惯性系中测量都是一样的；
同样，前后发生的两个事件之间的时间，
无论在那个惯性系中测量都是一样的如果甲测的小球下落时间为如果乙测的小球下落时间为牛顿本人曾说：“绝对空间，就其本性而言
与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的”，
“绝对的、真正的和数学上的时间自己流逝着，
并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。”按照这种观点：时间和空间是彼此独立，
互不相关并且独立于物质和运动之外的，
不受物质和运动的影响。 ——绝对时空观根据绝对时空观，得出几个结论同时绝对性
时间间隔的绝对性
空间距离的绝对性
质量恒定不变牛顿的伽利略相对性原理和绝对时空观
是作为两个基本假设提出来的，
它之所以为人们接受承认
一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大功；
另一方面观察结果与人们的经验相符。但是十九世纪中叶，
人们在研究与物体运动有关的电磁现象时，
发现在电磁现象的规律不符合相对性原理其中最典型的就是光速的问题这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实，
最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷所做的实验。
它们都明确无误地证明光速的测量结果与光源和
测量者的相对运动无关，亦即与参照系无关。
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.任何参照系中测得的光在真空的
速率都应该是这一数值伽利略相对原理和电磁规律的矛盾
促使人们思考下述问题：绝对时空观的观念是不是需要修正？困惑 ？？？这个时候整个物理学界陷入爱因斯坦: Einstein
现代时空的创始人20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦对这个问题进行了深入研究，
并在1905年发表了论文《论动体的电动力学》
在这篇论文里对上述问题作出了对整个物理学界乃至整个科学界都有变革意义的回答 相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句: 自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，
上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。
后人续写道: 上帝说完多少年之后，
魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。在这篇论文中，爱因斯坦提出了两个假设
并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力学二、狭义相对论时空观. 爱因斯坦假设 爱因斯坦相对性原理物理学定律在所有的惯性系中都是一样的，
也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关爱因斯坦相对性原理和牛顿相对性原理比较，
前者是后者的推广这就使得相对性原理不仅适用于力学现象，
而且适用于所有物理现象，包括电磁现象在内。 光速不变原理在任何惯性系中，
自由空间（真空）中的光速具有相同的量值也就是说，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，就是在看来如此简单且最一般的两个假设的基础上
爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论? Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展? 观念上的变革(相对性)相对的绝对的（不变）绝对的与运动无关，绝对的与运动无关，不变的相对的与运动有关，相对的随速度增加而增大、 狭义相对论时空观、同时相对性设想一列火车以速度v匀速向右运动，火车中央有一信号灯，在经过地面O点时发出一光信号.、同时相对性 1) 沿两惯性系相对运动方向发生的两个事件，在其中一个惯性系中表现同时，在另一惯性系中观察总是在前一惯性系运动的后方那一事件先发生。 2) 对不同参考系，同样两事件之间的时间间隔是不同的。 结论即：时间量度是相对的，并且与相对运动速度有关。
S'相对S 系的速度越大，在S系测两事件的时间间隔就越长。时间延缓（动钟变慢） 爱因斯坦曾经言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验所证实。相对论预言 慢 ( 184 ±23 ) ×10 - 9 s实 测慢 ( 203 ±10 ) ×10 - 9 s双生子佯谬 实际上这种谬误是不会发生的，由于两个时钟或两个双生子的运动状态并不对称（ 例如， 飞离、返回要经历加、减速运动过程），其结果一定是 的时钟变慢了， 特别注意：
长度缩短效应只发生在相对运动的方向上
如上例中的 X 轴方向上，
在Y 轴方向上无长度缩短效应动尺变短（空间收缩效应）斐克小伙剑术精，
出刺迅捷如流星，
由于空间收缩性，
长剑变成小铁钉.检测题 有关科学家和涉及的事实，正确的说法是
A．哥白尼创立了日心说
B．伽利略发现了行星运动规律
C. 惠更斯解决了弹性碰撞问题
D．爱因斯坦提出了量子论( A C )检测题 一列火车以速度v相对地面运动．如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是
A．火车上的人测得，闪光先到达前壁
B．火车上的人测得，闪光先到达后壁
C．火车上的人测得，闪光同时到达车厢 的前壁 和后壁
D．条件不足，无法确定( A )检测题 有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB＜vC． 对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是
A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢
C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快( C )检测题如果有一支静止时长30 m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是
A．地面上的观察者测得的火箭长为30 m
B．地面上的观察者测得的火箭长小于30 m
C．地面上的观察者测得的火箭长大于30 m
D．火箭上的观察者测得的火箭长为30 m( BD )课件13张PPT。第
6
章专题归纳例析章
末
小
结阶段质量检测 专题一 “相对论”学习中的两点注意
1．学习该部分的内容的关键是要做观念上的转变，这种转变是人们对客观存在的重新认识所必需的。牛顿时期，由于人们观测客观现象所受到的限制，所以建立了牛顿力学的绝对时空观，即时间和空间不因参考系的选择而改变；随着科学技术的发展，观测手段的提高，人们发现牛顿力学具有一定的局限性，这就要求我们改变原有的传统观念。只有这样，我们才能理解爱因斯坦两个假设的思路以及由这两个假设所得的一些结论、公式的物理意义。 2．学习该部分内容，(1)是要明确“相对”的涵义——彼此看对方，结论的形式一样；(2)是要重在理解和推理，而不是推导结论本身；(3)是要正确理解质量与速度的关系——要通过系统与外界的能量交换来确定质量的变化；(4)是要明确、理解广义相对论空间弯曲和时间过程进行不均匀的结论；(5)是要明确学习相对论并不是要完全摒弃牛顿力学，二者的结论在低速运动时是统一的。 [例证1]下列说法中正确的是 ( )
A．时间和空间都是相对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上看来，以接近光速的速度运动的飞船中的时钟会变快；但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C．在地面上的人看来，以接近光速的速度运动的飞船在运动方向上会变窄；飞船中的宇航员感觉到地面上的人看起来比飞船中的人胖一些
D．当物体运动的速度v远小于c时，“长度收缩”和“时间延缓”效应可忽略不计[答案] D 专题二 对物质的波粒二象性的理解
1．对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性的角度出发，才能统一说明光的各种“行为”。
光子说并不否认光的电磁说，按光子说，光子的能量ε＝hν，其中ν表示光的频率，既表示了波的特征，而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论。可见光的确既具有波动性，也具有粒子性。在理解光的波粒二象性时，既不能把光当成宏观中的波，也不能把它当成微观概念中的粒子。 2．静止质量不为零的物质与光一样也具有波粒二象性。应当明确，粒子性或量子性的本质在于不连续性；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波。 [例证2] 下列说法中正确的是 ( )
A．光的波粒二象性学说是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为受波动规律支配的几率波。
[答案] D点击下图进入“阶段质量检测”课件14张PPT。通过上节课的学习，我们知道在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。”
两朵乌云：
迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验相对论光速是相对的，在不同的参照系上测量，光速可能不同。在任何惯性系中，测量的光速都相等。绝对的时间与绝对的空间，时间与空间和物体的运动无关时间与空间是相对的与物体的运动有关，（时间延缓效应、长度收缩效应）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。低速世界（我们所生活的这个世界）高速世界（速度接近或达到光速）通过前面的学习，我们知道在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。”
两朵乌云：
迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验相对论量子论第2节 量子世界我们知道，燃烧的物体都会发光，后来人们发现那是因为燃烧使物体温度升高的缘故。
为什么？？？？
光有很多种颜色：
可见光：红橙黄绿青蓝紫
光是一种电磁波，
波长不同光的颜色就不一样。
可见光：红橙黄绿青蓝紫
波长：780nm~380nm燃烧与光到底有什么关系？？
热辐射：任何物体在任何温度下都会发射各种波长的电磁波。
当温度达到一定值时，使发射电磁波的波长在可见光波长范围内，就可以看到光。
任何物体都可以发射热辐射，也可以吸收吸收热辐射。
黑体：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。（即光射进去之后完全不反射出来）科学家们通过实验得出：黑体辐射的波长与温度的关系。物理学家想通过经典物理学理论推导出实验曲线。瑞利—金斯曲线实验曲线普朗克从1894年起投入对黑体辐射的研究，奋斗了6年。在用经典理论无法解释实验结果的情况下，提出了崭新的量子假说，成功的解决了“紫外灾难”的问题。德国物理学家：普朗克普朗克的量子假说认为：物质辐射的能量是一份一份的，就像物体是由一个一个原子构成的一样。
一份能量就是一个量子，大小取决于波长，与频率成正比： 是普适常数6.63×10-34J·S， 是频率。 经典物理学认为，能量是连续的。人们认为光有两种属性，波动性和粒子性。光是电磁波，具有波动性。什么是粒子性？
1、牛顿是光的微粒说的创始人，认为光是高速运动的粒子流。
可以解释光的反射、光的颜色等。18世纪被大多数人说认可。
但却不能解释光的干涉、衍射等。 二、光是什么？？2、荷兰物理学家惠更斯认为，光像水波一样，是一种波，称为光波。
19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦又提出光是一种电磁波。即光的波动说。
可以解释光的干涉、衍射等
到19世纪，波动说就取代了微粒说，得到大多数人的认可。3、但20世纪初，光电效应的出现，人们发现电磁波又没办法解释这一现象。
这时爱因斯坦意识到普朗克量子假设的意义，即能量是量子化的。提出了光量子假设。
爱因斯坦认为：光是不连续的、分成许多单元，具有一定的能量，这些单元就称为光量子。即光也是一份一份的。
光量子即光子。4、光具有波粒二象性：光在一定条件下，突出地表现为微粒性，实质是不连续的。而在另一些条件下，又突出地表现为波动性。5、法国物理学家德布罗意通过研究，意识到既然光具有波粒二象性，那么质量不为零的物质粒子（如电子）也应具有波动性。
提出了物质波理论：每个物质的粒子都伴随着波，这种波就叫做物质波，又称为概率波。
德布罗意物质波理论揭示了物质（包括光和电子）的统一性。课件17张PPT。（一）导入新课
1900年的4月27日，在英国伦敦皇家研究所举行的科学报告会上，一位德高望重的老科学家开尔文作了一个演讲，题目是《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。他的第一段话是这么说的：
“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”(‘The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds.’)
这个“乌云”的比喻后来被反复地引用。联系到当时人们对经典物理学成就的乐观情绪，许多时候这个表述又变成了 “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、【板书】迈克尔逊—莫雷实验（1881年—1887年间）：研究光沿不同方向传播速度的差异。
2、【板书】热辐射实验：（1900年左右）：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。
我们先来看看物理学的天空中这令人不安的第一朵“乌云”：光沿不同方向传播的速度是否相同？（二）新课教学1、高速世界的两个基本原理
经典力学的研究表明所有的机械波都必须通过介质才能传播。麦克斯韦的电磁场理论揭示了光就是电磁波。光既然是波，当时人们自然要想：传播光波的介质是什么呢？
当时的物理学家假定这种介质叫做“以太”，整个宇宙空间都充满了“以太”，认为“以太”是非常稀薄，密度极小的、完全透明的、难以感觉到的介质。按照经典的波动理论，这种介质的弹力又是极其大的，光波才会在里面有如此巨大的传播速度。是一种使人感到奇怪的介质。 思考：如果我们在静止的空气中快速前进，就会感觉到有风迎面吹来，为什么？
因为虽然空气相对于地面是静止的，但空气相对于我们正在前进的人却是运动的。
地球是用30km/s的速度在宇宙中绕太阳运动的，如果“以太”这种介质充满了宇宙，也必然会有30km/s的“以太风”迎着地球吹来，我们能观测到这种“以太”风吗？问题：宇宙中充满了传播光的介质“以太”，地球又在宇宙中运动，设光在“以太”中的传播速度为c，地球相对于“以太”运动的速度为v，那么当光的传播方向与地球的运动方向相同时，以地球为参照物时，会测得光的速度是多大呢？
u1=（c-v） 当光的传播方向迎着地球的运动方向而来时，以地球为惯性参照物又会测得光速为多大呢？
生：应该是u2=（c+v）如果以地球做惯性参照物，不同方向的光（电磁波）的速度的确有不同的话，就说明麦克斯韦理论描述的电磁波各个方向速度相同的规律，只有在用“以太”为惯性参照物时才是适用的，在用地球这类相对于“以太”运动的物体做参照物时电磁波各个方向速度相同的规律就不适用了，就会导致“不同的惯性参照系中物理规律是不同的”这样一个结论。
美国物理学工作者迈克尔逊和莫雷在1881至1887年间在不断提高实验精确度的过程中，反复做了同一个实验：把仪器固定在地面上与地球一起运动，在光顺着地球运动方向传播、逆着地球运动方向传播、以及光传播方向与地球运动方向垂直时，不同情况下测量光速的差异。令人惊异的实验结果是：以地球为惯性参照物时测得各个方向的光速没有差异。这个著名的实验后来物理学界把它叫做迈克尔逊—莫雷实验。
【板书】迈克尔逊—莫雷实验结果：以地球为惯性参照物时测得各个方向的光速没有超出实验误差范围的明显差异。
这样的实验结果，与经典的物理学理论产生了难以调和的矛盾，令人感到不安。怎么办？
许多物理学工作者对迈克尔逊—莫雷实验的结果提出了一些使人感到牵强的解释，无法从根本上解决问题。比如 “‘以太’牵引说”、“洛仑兹收缩说”等。
爱因斯坦的办法：于1905年写了一篇论文提出了他的想法：
1、相对性原理：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：在一切惯性系中，测量到的真空中的光速c都一样。
2、时间延缓效应问题：静止的观测者、顺着光速方向运动的观测者、逆着光速方向运动的观测者，光相对于他们通过的位移是不同的，测量到的光速却都是一样的，这是为什么呢？
生猜想：可否认为不同的惯性参照系中测得的时间也是不相同的呢？观测者测得光通过的距离较长时，如果他测得的时间也较长，则光速有可能是一样的。
师：爱因斯坦也正是这么想的。
讨论：假定一辆列车以速度v相对于地面匀速运动，静止在车厢里的人手持一个光源，从车厢的地板竖直向上将一束光射向顶部的一面反射镜，然后又反射回车厢的地板。设车厢中的顶部和地板之间的高度为d，则在车厢中以车厢为惯性参照物的观察者看来，“光在空中来回”的过程中，所测得的时间为⊿t′则光速是多大呢？（参看教学资料上的插图）
例题：有一个实验事实：在宇宙射线中会产生一种微观粒子叫做μ子，在实验室中测算出它们静止时的平均寿命（存在时间）是τ′=2.2×10-6秒，按照经典的时空观（时间是孤立的，与惯性参照物无关），μ子以接近光的速度运动（v=0.998c）时，在这段时间内μ子能飞过的平均路程只有：s=cτ′=3×108×2.2×10-6=660 m ， 然后μ子就会消失，可是对宇宙射线的大量观测却发现，大部分高速μ子能够从约10km的高空大气层到达海平面，这是为什么呢？可以用相对论来解释吗？ 分析：假设有一辆列车和μ子一起速度v=0.998c运动，μ子相对于列车是静止的。因此，以列车为惯性参照物，测得μ子的寿命就是μ子静止时的寿命τ′=2.2×10-6秒，而以地面做参照物时，μ子是运动的，地面上的钟测得其寿命将是：
在这段时间内μ子能飞过的平均路程有：s=cτ=3×108×3.48×10-5=10.44 km. 相对于光速c而言，通常的运动物体（如飞机、火箭），其速度v都远远小于光速c，时间延缓效应是可以忽略不计的。所以我们认为当物体的速度远远小于光速时，经典物理学的时空观还是有效的，没有必要彻底抛弃。只有在物体高速运动时，经典物理学的时空观才不再适用了。
【板书】经典物理学时空观的局限性：只在低速（与光速相比较）条件下有效。 3、长度收缩效应爱因斯坦在相对论中通过推导得出了：
运动惯性参照系上尺度缩短效应
注意：其实并不是车上尺子本身的长度真的发生了收缩，这是由于相对论的时空关系导致的结果。
例题：对于前面在时钟延缓效应中讨论过的例题，也可以从相对论的尺缩效应来看这个问题：被μ子穿越的大气层厚度约是10.44km，但如果以μ子为惯性参照物，则μ子是静止的，大气层在以v=0.998c的速度向μ子运动，所以以静止的μ子测得运动的大气层厚度只有：
所以，μ子可以穿过大气层到达海平面。 （三）小结：
