课件35张PPT。第一节 经典力学的成就与局限性
第二节 经典时空观与相对论时空观第五章内容索引自主预习
预习新知 夯实基础重点探究
启迪思维 探究重点达标检测
检测评价 达标过关自主预习1.经典力学的适用范围：对于 、 (相对光速)物体的运动经典力学仍然适用.
2.经典力学的局限性
(1)经典力学的应用受到物体运动 的限制，当物体运动速率接近于真空中的 时，经典力学的许多观念将发生重大变化.
(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和 的现象.一、经典力学的局限性和适用范围宏观低速速率光速能量不连续1.经典时空观
(1)惯性系与非惯性系：
①惯性系：凡是 定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系.
②非惯性系： 定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系.
(2)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系， 规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是 .二、经典时空观与相对论时空观牛顿运动牛顿运动力学等效的(3)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界 ；空间与任何外界事物 ，从不运动，永远不变.
(4)经典时空观的几个具体结论：
① 的绝对性；
② 的绝对性；
③ 的绝对性；
④物体质量 .
即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关.无关无关同时时间间隔空间距离恒定不变2.相对论时空观
(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的 法则相矛盾.
(2)狭义相对论的两条基本假设：
①相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是 .
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.速度合成相同的(3)相对论时空观
①“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是 的.
②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者 时，走得快；相对于观察者 时，走得慢.运动速度越快，效果越明显.
③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者 时，它的长度测量值最大；相对于观察者 时，观察者在 方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越 .
④物体质量随速度的 而增大.不同时静止运动静止运动运动短增加答案即学即用
1.判断下列说法的正误.
(1)牛顿运动定律适用于任何参考系.( )
(2)经典时空观认为时间间隔是绝对的.( )
(3)经典时空观认为物体的质量是绝对的.( )
(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的.( )×√√×2.(多选)下列服从经典力学规律的是
A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C.物体运动的速率接近于真空中的光速
D.能量的不连续现象√答案解析解析 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误；
能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.√重点探究如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体.请思考：
(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？答案 质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究.一、经典力学与相对论的比较导学探究图1答案(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？答案 中子星的引力规律属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究.答案1.区别：知识深化2.联系：
(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.
(2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形.例1 下列说法正确的是
A.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，
物体的质量也不随运动状态而改变
B.狭义相对论和经典力学是完全不同相互矛盾的两个理论
C.物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体
的运动服从牛顿运动定律
D.以上说法都是错误的答案解析√解析 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；
狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B错误；
经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速的速度运动时所遵循的规律，选项C正确.针对训练1 (多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形
A.研究原子中电子的运动
B.研究“神舟五号”飞船的高速发射
C.研究地球绕太阳的运动
D.研究飞机从北京飞往纽约的航线答案解析√√√解析 牛顿运动定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的.这里的“低速”是相对于光速而言的.原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误，B、C、D中各项运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确.地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s；如图2所示，
设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度.请思考：
(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？答案二、相对论几个效应的理解导学探究图2答案 狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，所以地球的公转速度属于低速，加速后的电子速度属于高速.(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案答案 物体的质量随速度的增大而增大，所以加速后电子的质量比电子的静止质量大了.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考系中都具有相同的形式，表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变.
(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，表明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：知识深化2.相对论时空观的内容：认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关.
(1)时间延缓效应：在相对于地面以速度v匀速运动的参考系内，测得该参考系中某一事件所经历的时间为Δt′，则在地面上测得该事件所经历的时间为：Δt＝ .
由于vΔt′.即用同样标准的钟，在静止参考系中测得的时间比在运动参考系中测得的时间长，好比是运动的钟走“慢”了.
当速度v?c时，Δt＝Δt′，这就回到了经典物理学的结论——时间与物体的运动状态无关.当v＝0.999 8c时，Δt＝50Δt′，时间将延缓50倍.(2)长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l(称为静止长度)，如图3所示.当该尺子相对另一参考系x′O′y′(如地面)沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系x′O′y′(如地面)中测得尺子长度为l′＝l .图3由于v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走得最快解析 根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了.时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢.图4√答案解析达标检测1231.(经典力学的成就和局限性)(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释.经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，以下说法正确的是
A.随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论
B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的
C.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人们应当不断拓展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案解析4√√√解析 人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断拓展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形.12342.(经典时空观)(多选)下列说法中哪些属于经典时空观的观点
A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化
B.时间和空间不依赖人们的意识而存在
C.时间和空间是绝对的
D.时间和空间是紧密联系、不可分割的答案解析1234√√√解析 经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；
选项D属于相对论时空观.3.(相对论效应的理解)如图5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是
A.同时被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.无法判断√答案1234图5解析解析 列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到C先被照亮，故只有C正确.4.(狭义相对论的应用)如图6所示，强强乘坐速度为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
A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.c图6解析 由狭义相对论的光速不变原理知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D正确，A、B、C错误.答案解析1234√课件24张PPT。第三节 量子化现象
第四节 物理学——人类文明进步的阶梯第五章内容索引自主预习
预习新知 夯实基础重点探究
启迪思维 探究重点达标检测
检测评价 达标过关自主预习1.黑体辐射：如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无 ，这一物体就称为黑体.黑体辐射是指黑体发出的 .
2.光电效应：当用一些波长 的光照射金属表面时，金属便有电子
，这种现象称为光电效应.从金属表面逸出的电子称为光电子.光电效应的产生取决于光的 而与光的 无关.一、量子化现象反射电磁辐射较短逸出频率强度3.光的波粒二象性：大量的实验事实表明，光既具有 又具有 ，也就是光具有波粒二象性.
4.原子光谱：原子只能处于一系列 的能量状态中，当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时，辐射(或吸收) 频率的光子，辐射(或吸收)光子的能量是不连续的.
二、物理学与现代技术
物理学的发展推动了科学技术的高速发展，几乎所有重大的新技术领域，如 、 、 等的创立，都是在物理学中经过了长期的酝酿，在理论上和实验上取得突破，继而转化为技术成果的.波动性粒子性不连续一定原子能技术激光技术电子和信息技术答案即学即用
1.判断下列说法的正误.
(1)量子理论中能量也是连续变化的.( )
(2)一个量子就是组成物质的最小微粒，如原子、分子.( )
(3)辐射的能量是一份一份的，因此物体的动能也是一份一份的.( )
(4)光具有波粒二象性说明有的光是波，有的光是粒子.( )××××2.波长是0.122 0 μm的紫外线的光子能量为___________J.答案解析1.63×10－18重点探究1.量子化假设：普朗克提出物质发射(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叫做量子数.能量子的能量ε＝hν＝ .式中h为普朗克常量(h＝6.63×10－34 J·s)是微观现象量子特征的表征，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，物质之间传递的相互作用、物体的状态及变化等都是量子化的.一、对量子理论的初步认识例1 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、λ为光的波长，普朗克常量取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为P＝1.35 kW.假设太阳辐射的平均波长为 ＝6.6×10－7 m，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光子？答案 4.5×1021个答案解析在1 m2面积上，1 s内得到的阳光总能量为E＝Pt，接收到的光子个数针对训练 (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.量子假说第一次得出了不连续的概念
C.能量的量子化就是能的不连续化
D.量子假说认为电磁波在空间中的传播是不连续的答案解析√解析 普朗克提出了量子假说，认为物质发射和吸收能量时，能量不是连续的，是一份一份进行的.它不但解决了黑体辐射的理论困难，更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学崭新的一页，选项B、C正确.√1.光子说：爱因斯坦认为，光在传播过程中，是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这些能量子叫光量子，也称“光子”，光就是以光速c运动着的光子流，每个光子的能量E＝hν＝h .
2.用光子说解释光电效应的规律：当光子照射到金属表面上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能立刻增加，不需要积累能量的过程.这就是光电效应的发生用时极短的原因.只有能量足够大，即频率ν足够大的光子照射在金属上，才能使电子获得足够大的动能，克服金属原子核对它的束缚从金属表面飞离出来成为光电子，这就说明发生光电效应入射光的频率必须足够大，而不是光足够强.二、对光电效应的理解例2 硅光电池是利用光电效应原理制成的，下列表述正确的是
A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置
B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出
C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关
D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应答案解析√解析 硅光电池把光能转化为电能，A正确；
光子的能量取决于光的频率，只有当光子的能量足够大，被硅光电池中的电子吸收后，电子才能从金属中逸出，所以只有当光的频率足够大时才会发生光电效应，B、D错误；
逸出的光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，C错误.1.光电效应能不能产生取决于入射光的频率，只要频率足够大，就可以产生光电效应，与光的照射时间无关.
2.单位时间内产生光电子的多少取决于入射光的强度，入射光的强度越强，产生的光电子越多.
3.逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大.
4.“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”的区别
光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能.所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能逸出，光电子具有的初动能最大，此时的动能叫做光电子的最大初动能.1.光电效应说明光具有粒子性，光的干涉、衍射等实验事实，说明光具有波动性，大量实验事实表明，光既具有波动性又具有粒子性.
2.光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同.宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；微观上，个别光子在与其他物质发生作用时，往往表现为粒子性.
3.光的粒子性不同于宏观观念中的粒子，粒子性的含义是“不连续”的，“一份一份”的.光的波动性也不同于宏观观念中的波，波动规律决定光子在某点出现的概率，是一种概率波.三、对波粒二象性的理解例3 下列关于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答案解析√解析 光具有波粒二象性，即光具有波动性和粒子性，A错误；
光子不是实物粒子，电子是实物粒子，故B错误.
光的波长越长，其波动性越明显，波长越短，其粒子性越明显，C正确；
大量光子的行为显示出波动性，D错误.达标检测1231.(量子化的理解)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，下列说法不正确的是
A.辐射是由一份份的能量组成的，一份能量就是一个能量子
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答案解析√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数倍，故A、B、D均正确，C错，所以选C.2.(光电效应的理解)某单色光照射金属时不会产生光电效应，下列措施中可能使该金属产生光电效应的是
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射
D.换用频率较低的光照射答案解析123√解析 要产生光电效应，入射光的频率必须大于该金属的极限频率，波长越短的光频率越高，当高于极限频率时就能产生光电效应，故C正确.3.(对光的波粒二象性的理解)(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子
A.一定落在中央亮纹处
B.一定落在亮纹处
C.可能落在暗纹处
D.落在中央亮纹处的可能性最大√答案123解析√解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处.当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.123
