1、64微观世界与量子论微观世界与量子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习目标：学习目标：1.理解相对论时空观，灵活运用质能理解相对论时空观，灵活运用质能关系分析解决问题关系分析解决问题2理解光电效应和光的波粒二象性，理解氢原子理解光电效应和光的波粒二象性，理解氢原子光谱光谱重点难点：重点：重点难点：重点：1.爱因斯坦的质能关系和质量爱因斯坦的质能关系和质量公式公式2光电效应的实验探究和分析论证及光谱的分析光电效应的实验探究和分析论证及光谱的分析论证论证难点：难点：1.爱因斯坦的质量公式和质能关系爱因斯坦的质量
2、公式和质能关系2光电效应的实验探究及与电磁理论的矛盾光电效应的实验探究及与电磁理论的矛盾课前自主学案课前自主学案一、爱因斯坦的时空观一、爱因斯坦的时空观1同时的相对性同时的相对性“同时性同时性”在惯性系中，在低速时是没有疑问的，例在惯性系中，在低速时是没有疑问的，例如一列火车在做匀速直线运动，在某车厢中的中点如一列火车在做匀速直线运动，在某车厢中的中点一个人点燃一支蜡烛他看到车厢前后两壁是一个人点燃一支蜡烛他看到车厢前后两壁是_被照亮的，地面上的人也应认为前后壁都是被照亮的，地面上的人也应认为前后壁都是被被_照亮的但有了光速不变原理时，情况照亮的但有了光速不变原理时，情况就不一样了，当火车速度
3、较大时，地面上的人将认就不一样了，当火车速度较大时，地面上的人将认为光先到达后壁，而后到达前壁这就是为光先到达后壁，而后到达前壁这就是“同时的同时的相对性相对性”同时同时同时同时2 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 P发生，在参考系发生，在参考系A A中的坐标中的坐标为为(x x，y y，z z)，发生的时间为，发生的时间为t t，在以速度，在以速度v v运动的参考系运动的参考系B B中的坐标为中的坐标为(x x，y y，z z)，发生的时间为，发生的时间为t 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
4、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时间空间空间上面的式子说明，相对于地面以速度上面的式子说明，相对于地面以速度v运动的运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变变_了，速度越大，变了，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
5、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、爱因斯坦的质速公式三、爱因斯坦的质速公式经过严格的证明，物体有静止质量经过严格的证明，物体有静止质量m0和运动的和运动的质量质量m，它们之间有如下关系：，它们之间有如下关系：_大于大于四、质能关系四、质能关系按照相对论和基本力学定律可推出质量和能量具按照相对论和基本力学定律可推出质量和能量具有如下关系：有如
6、下关系：E E_.这就是著名的质能关系如果用这就是著名的质能关系如果用m m表示物体质表示物体质量的变化，量的变化，E E表示能量的变化，那么它们的关表示能量的变化，那么它们的关系可以表示为系可以表示为E E_该式表示，随着一个物体质量的减小，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释放释放增大增大五、光电效应五、光电效应1 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
7、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 2光子说光子说概述：爱因斯坦于概述：爱因斯坦于19051905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_，一个光子的能量为，一个光子的能量为E E_，为光的频率，普朗克常量为光的频率，普朗克常量h h6.636.6310103434 Js.Js.光子具有动量和能量光子具有动量和能量电子电子电子电子光电子光电子不连续不连续光量子光量子h3 3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
8、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 1连续光谱连续光谱(1)(1)形式：连续分布着的包含着从红光到紫光的形式：连续分布着的包含着从红光到紫光的各种色光的光谱各种色光的光谱(2)(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电磁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热的固体灼热的固体液体液体高压气体高压气体2 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)(1)形式：明线光谱由一些不连续的形式：明线光谱由一些不连续的_线组成线组成，吸收光谱是在连续光谱的背景上分布
9、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)(2)产生：由稀薄气体通电后发光产生的，观察产生：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稀薄气体放电后发光的光谱的实验中需要用光谱管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(3)(3)原子光谱：某种元素的原子发出的分立的线原子光谱：某种元素的原子发出的分立的线状谱叫原子光谱状谱叫原子光谱七、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
10、为_波，又称为德布罗意波波，又称为德布罗意波物质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 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
11、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 2运动的时钟变慢运动的
12、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 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 t；对于地面上的观察者来说，情况；对于地面上的观察者来说，情况有所不同有所不同5 5质能关系质能关系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：E Emcmc2 2，当物体的，当物体的质量变化时，必然伴随着能量的变化如果用质量变化时，必然伴随着能量的变化如果用m m表示物体质量的变化，表示物体质量的变化，E E表
13、示能量的变化量，那表示能量的变化量，那么它们的关系可以表示为么它们的关系可以表示为E Emcmc2 2.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 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 A物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物质本身的属性质本身的属性B B物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速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 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 D物体的长度与运动状
14、态有关，只是在速度较低的物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低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.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 B、D.D.二、量子化现象分析二、量子化现象分析1 1光电效应光电效应(1)(1)光电效应的规律：每种金属都有发生光电效光电效应的规律：每种金属都有发生光电效应的极限频率；光电子的最大初动能与入射光的应的极限频率；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；
15、光强度无关，随着入射光的频率的增大而增大；光电效应的产生几乎是瞬时的电效应的产生几乎是瞬时的(2)(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 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，光大初动能也越大，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的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 0可由下可由下式求出：式求出：hh0 0W W，2 2光的波粒二象性光的波
16、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
17、波动性作用时表现出波动性3 3原子光谱原子光谱原子光谱分为：原子光谱分为：(1)(1)发射光谱：由发光物体直接产发射光谱：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生的光谱发射光谱又分为连续光谱和明线光谱(2)(2)吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质时，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，其特点是在连某些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续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成例如，太阳光中的连续谱线中有许多暗线，它们对应着，太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
18、线是由于太阳表某些元素的特征谱线，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面大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谱中相应波长的光吸收了，会在太阳光的连续谱线中留下暗线中留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 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 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 B由光电效应现象可知，光子与电子同样是一种由光电效应现象可知，光子与电子同样是一种粒子粒子C C在一束光中，光子间的相互作
19、用使光表现出波在一束光中，光子间的相互作用使光表现出波的性质的性质D 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E Ehh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.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
20、)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在静止系中的正立方体每边长在静止系中的正立方体每边长L0，另一坐标，另一坐标系以相对速度系以相对速度v平行于立方体的一边运动问在后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？一坐标系中的观察者测得的立方体体积是多少？【方法总结方法总
21、结】(1)(1)不同惯性系中的观测者对同不同惯性系中的观测者对同一物体进行观测，测得的结果并不相同一物体进行观测，测得的结果并不相同(2)(2)平时观察不到这种长度收缩效应，是因为我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，这种现象不们生活在比光速低得多的低速世界，这种现象不明显明显质速关系的应用质速关系的应用一个原来静止的电子，经电压加速后速度一个原来静止的电子，经电压加速后速度为为v6106 m/s.问电子的质量增大了还是减小问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？了？改变了百分之几？【答案答案】增加了增加了0.02%0.02%【方法总结方法总结】由此看出
22、，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功率用功率P P0 01 W1 W的光源照射离光源的光源照射离光源r r3 m3 m处处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长5890 nm5890 nm的单色光，试计算：的单色光，试计算：(1)1 s(1)1 s内打到金属板内打到金属板1 m1 m2 2面积上的光子数；面积上的光子数；(2)(2)若取该金属原子半径若取该金属原子半径r r1 10.50.5101010
23、10 m 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【答案答案】(1)2.641016个个(2)4830.9 s知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用诗歌是一种忧郁的媒体，而诗人的使命是孤独的。垂下的头颅只是为了让思想扬起，你若有一个不屈的灵魂，脚下就会有一片坚实的土地。只要春天还在我就不会悲哀纵使黑夜吞噬了一切太阳还可以重新回来只要生命还在我就不会悲哀纵使陷身茫茫沙漠还有希望
24、的绿洲存在只要明天还在我就不会悲哀冬雪终会悄悄融化春雷定将滚滚而来 我和这个世界不熟。这并非是我安静的原因。我依旧有很多问题，问南方，问故里，问希望，问距离。我和这个世界不熟。这并非是我绝望的原因。我依旧有很多热情，给分开，给死亡，给昨天，给安寂。我和这个世界不熟。这并非是我虚假的原因。我依旧有很多真诚，离不开，放不下，活下去，爱得起。我和这个世界不熟。这并非是我孤寂的原因。我依旧有很多诉求，需慰藉，待分享，惹心烦，告诉你。我和这个世界不熟。这并非是我冷漠的原因。我依旧有很多动情，为时间，为白为天黑，畏天命。那时我们有梦，一切都是命运，一切都是烟云一切都是没有结局的开始，一切都是稍纵即逝的追寻
25、，一切欢乐都没有微笑，一切苦难都没有泪痕，一切语言都是重复，一切交往都是初逢，一切爱情都在心里，一切往事都在梦中，一切希望都带着注释，一切信仰都带着呻吟，一切爆发都有片刻的宁静，一切死亡都有冗长的回声。走吧，落叶吹进深谷，歌声却没有归宿。走吧，冰上的月光，已从河面上溢出。走吧，眼睛望着同一片天空，心敲击着暮色的鼓。走吧，我们没有失去记忆，我们去寻找生命的湖。走吧，路呵路，飘满了红罂粟。我不相信，生活是沼泽，我不相信，生命旅途不能一路高歌；我不相信，成长是懦弱，我不相信，双手握不住执着的绳索。人生一世，草木一秋，我们就跟大树上的叶子一样，早晚会枯黄陨落。树叶虽小但见证了春秋，既目睹了繁花似锦，也
26、目睹了大树凋零。我们都是很相似的树叶，因为人生就是这样，生老病死是谁都要经过的。如果你是条船，漂泊就是你的命运，可别靠岸。谁校对时间 谁就会突然老去 虽生犹死的寂寞让生命都凋零了人总要慢慢成熟，将这个浮华的世界看得更清楚，看穿伪装的真实，看清隐匿的虚假，很多原本相信的事便不再相信。但是，要相信，这个世界里美好总要多过阴暗，欢乐总要多过苦难，还有很多事，值得你一如既往的相信。人生不能像做菜，把所有的料都准备好了才下锅 卑鄙是卑鄙者的通行证高尚是高尚者的墓志铭 早上，灿亮的阳光扑进来，他还睡着。我打开窗帘，看窗外那一片平凡而现实的风景。心想，在平凡和现实里，也必有巨大的美的可能吧。那时我们还年轻。
27、穿过残垣断壁苍松古柏，我们来到山崖上。沐浴着夕阳，心静如水，我们向云雾飘荡的远方眺望。其实啥也看不到，生活的悲欢离合远在地平线以外，而眺望是一种青春的姿态。才子当然心里冰雪般的透彻：有些事，只能一个人做。有些关，只能一个人过。有些路啊，只能一个人走。不必向我诉说春天我的心里并没有秋寒不必向我解释色彩我的眼里自有一片湛我叹世事多变幻世事望我却依然 我和这个世界不熟。这并非是我逃避的原因。我依旧有很多憧憬，对梦想，对记忆，对失败，对希冀。我和这个世界不熟。这并非是我卑微的原因。我依旧有很多勇敢，不信输，不信神，不信天，不信地。我和这个世界不熟。这并非是我失落的原因。我依旧有很多高昂，有存在，有价值
28、，有独特，有意义。说实话离开故乡久了，家的概念变得混乱。有时我在他乡的天空下开车，会突然感到纳闷：我在哪儿？这就是我家吗？我家，在不同的路标之间。这世界上唯一扛的住岁月摧残的就是才华。1、垂下的头颅只是为了让思想扬起，你若有一个不屈的灵魂，脚下就会有一片坚实的土地。曾几何时，我们做了世上那最柔情的人，为一朵花低眉，为一朵云驻足，为一滴雨感动长的是磨难，短的是人生 生命之所以有意义是因为它会停止。生命可以随心所欲，但不能随波逐流。如果出现了绝壁，那么就越过它，就能把绝壁变成桥了一曲终了，繁花散尽，伊人已逝，只余一声空叹。欲戴王冠，必承其重。有时候，同样的一件事情，我们可以去安慰别人，却说服不了自己。行到水穷处，坐看云起时。所谓的王，乃最贪婪，最豪爽，最易怒之人。且清且浊，追求极致人生。为臣者，因之而仰慕，追随其左右。因此，臣民才会有称王之志，追寻自己的理想。这个世界其实从不曾有一个人能取代另一个人的位置，所谓的取代，只是以前的那个人被遗忘面对大河我无限惭愧我年华虚度 空有一身疲倦和所有以梦为马的诗人一样岁月易逝 一滴不剩你穷，是因为你没有野心 见了他，她变得很低很低，低到尘埃里。但她心里是欢喜的，从尘埃里开出花来。如果你是鱼 不要迷恋天空如果你是鸟 不要痴情海洋 世界上的事情，最忌讳的就是个十全十美，你看那天上的月亮，
