《高中物理》選修3-516.1《實驗：探究碰撞

中的不變量》教學目標（一）知識與技能1、明確探究碰撞中的不變量的基本思路．2、掌握同一條直線上運動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法．3、掌握實驗數據處理的方法．（二）過程與方法1、學習根據實驗要求，設計實驗，完成某種規律的探究方法。2、學習根據實驗數據進行猜測、探究、發現規律的探究方法。（三）情感、態度與價值觀1、通過對實驗方案的設計，培養學生積極主動思考問題的習慣，并鍛煉其思考的全面性、準確性與邏輯性。2、通過對實驗數據的記錄與處理，培養學生實事求是的科學態度，能使學生靈活地運用科學方法來研究問題，解決問題，提高創新意識。3、在對實驗數據的猜測過程中，提高學生合作探究能力。4、在對現象規律的語言闡述中，提高了學生的語言表達能力，還體現了各學科之間的聯系，可引伸到各事物間的關聯性，使自己溶入社會。★教學重點碰撞中的不變量的探究★教學難點實驗數據的處理．★教學方法教師啟發、引導，學生自主實驗，討論、交流學習成果。★教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備；完成該實驗實驗室提供的實驗器材，如氣墊導軌、滑塊等

微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀態，甚至使得一種粒子轉化為其他粒子．

碰撞是日常生活、生產活動中常見的一種現象，兩個物體發生碰撞后，速度都發生變化．兩個物體的質量比例不同時，它們的速度變化也不一樣．物理學中研究運動過程中的守恒量具有特別重要的意義，本節通過實驗探究碰撞過程中的什么物理量保持不變(守恒)．1、一維碰撞我們只研究最簡單的情況——兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一直線運動．這種碰撞叫做一維碰撞．實驗探究的基本思路

如圖所示，A、B是懸掛起來的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開后A球運動到最低點與B球發生碰撞，碰后B球擺幅為β角．如兩球的質量mA=mB，碰后A球靜止，B球擺角β=α，這說明A、B兩球碰后交換了速度；如果mA>mB，碰后A、B兩球一起向右擺動；如果mA<mB，碰后A球反彈、B球向右擺動．以上現象說明A、B兩球碰撞后，速度發生了變化，當A、B兩球的質量關系發生變化時，速度變化的情況也不同．2．追尋不變量在一維碰撞的情況下與物體運動有關的量只有物體的質量和物體的速度．設兩個物體的質量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1’、v2’．規定某一速度方向為正．碰撞前后速度的變化和物體的質量m的關系，我們可以做如下猜測：①碰撞前后物體質量不變，但質量并不描述物體的運動狀態，不是我們追尋的“不變量”．②必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量．1．實驗必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之后還沿同一直線運動;2．用天平測量物體的質量；

3．測量兩個物體在碰撞前后的速度．速度的測量：可以充分利用所學的運動學知識，如利用勻速運動、平拋運動，并借助于斜槽、氣墊導軌、打點計時器和紙帶等來達到實驗目的和控制實驗條件．實驗條件的保證、實驗數據的測量

圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設為L．氣墊導軌上黃色框架上安裝有光控開關，并與計時裝置相連，構成光電計時裝置．當擋光板穿入時，將光擋住開始計時，穿過后不再擋光則停止計時，設記錄的時間為t，則滑塊相當于在L的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v=L/t．參考案例一中測速原理用氣墊導軌做碰撞實驗碰撞前碰撞后質量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1’=V2’=mvm1v1+m2v2=M1v’1+m2v’2=mv2m1v12+m2v22=M1v’12+m2v’22=v/m實驗記錄及分析(a-1)碰撞前碰撞后質量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m實驗記錄及分析(a-2)碰撞前碰撞后質量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m實驗記錄及分析(a-3)碰撞前碰撞后質量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m實驗記錄及分析(b)碰撞前碰撞后質量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m實驗記錄及分析—(c)

將打點計時器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面。讓小車A運動，小車B靜止。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體(如上圖)。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。用小車研究碰撞小結

基本思路(一維碰撞)與物體運動有關的物理量可能有哪些？碰撞前后哪個物理量可能是不變的？需要考慮的問題碰撞必須包括各種情況的碰撞;物體質量的測量(天平);碰撞前后物體速度的測量(利用光電門或打點計時器等).作業：P6①②再見高中物理新人教版

選修３-5系列課件《高中物理》選修3-516.2《動量守恒

定律（一）》教學目標（一）知識與技能理解動量守恒定律的確切含義和表達式，知道定律的適用條件和適用范圍（二）過程與方法在理解動量守恒定律的確切含義的基礎上正確區分內力和外力（三）情感、態度與價值觀培養邏輯思維能力，會應用動量守恒定律分析計算有關問題★教學重點：動量的概念和動量守恒定律★教學難點：動量的變化和動量守恒的條件．★教學方法：教師啟發、引導，學生討論、交流。★教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備

光滑桌面上有兩1、2兩個小球。1球的質量為0.3kg，以速度8m/s跟質量0.1kg的靜止的2球發生碰撞，碰撞后2球的速度變為9m/s，1球的速度變為5m/s，方向與原來相同。根據這些實驗數據，曉明對這次碰撞的規律做了如下幾項猜想。（1）碰撞后2球獲得了速度，是否是1球把速度傳遞給了2球？（2）碰撞后2球獲得了動能，是否是1球把動能傳遞給了2球？（3）請你根據以上實驗數據猜想：有一個什么物理量，在這次碰撞中，2球所增加的這個量與1球所減小的這個量相等？請計算表明。【問題思考】

無論哪一種形式的碰撞，碰撞前后物體mv的矢量和保持不變。mv很可能具有特別的物理意義。物理學中把它定義為動量，用字母P表示P=mv.

有關動量的發展史：最先提出動量具有守恒性思想的是法國科學家笛卡兒，把運動物體的質量和速率的乘積叫做動量，忽略了動量的方向性。

1668年，惠更斯明確提出動量的守恒性和方向性。牛頓把笛卡兒的定義做了修改，明確的用物體的質量和速度的乘積叫做動量更清楚的表示動量的守恒性和方向性

在物理學中什么叫動量？它的單位是什么？你是怎樣理解動量這個概念？是狀態量。一、動量1、概念：在物理學中，物體的質量m和速度v的乘積叫做動量。2、定義式：p=mv3、單位：千克米每秒，符號是kg·m/s4、對動量的理解：（2）瞬時性（1）矢量性運算遵循平行四邊形定則（3）相對性物體的動量與參照物的選擇有關閱讀教材回答下列問題討論一下動量和動能的關系1.動量和動能都是描述物體運動過程中某一時刻的狀態2.動量是矢量，動能是標量

動量發生變化時，動能不一定發生變化，動能發生變化時，動量一定發生變化3.定量關系動量發生變化速度大小改變方向不變速度大小不變方向改變速度大小和方向都改變動能改變動能改變動能不變試討論以下幾種運動的動量變化情況。物體做勻速直線運動物體做自由落體運動物體做平拋運動物體做勻速圓周運動動量大小、方向均不變動量方向不變，大小隨時間推移而增大動量方向時刻改變，大小隨時間推移而增大動量方向時刻改變，大小不變二、動量的變化1.定義：物體的末動量與初動量之矢量差叫做物體動量的變化.2.表達式：△P=m·△v.說明：①動量的變化等于末狀態動量減初狀態的動量，其方向與△v的方向相同.②動量的變化也叫動量的增量或動量的改變量.例1、一個質量是0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運動，碰到一個堅硬物后被彈回,沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運動（如圖），碰撞前后鋼球的動量各是多少？碰撞前后鋼球的動量變化了多少？例2、一質量為0.5kg的木塊以10m/s速度沿傾角為300的光滑斜面向上滑動（設斜面足夠長）,求木塊在1s末的動量和3s內的動量變化量的大小？（g=10m/s2）v0300答案：2.5kg·m/s7.5kg·m/s思考：在運算動量變化量時應該注意什么？三、動量守恒定律1、系統內力和外力2、內容

一個系統不受外力或者所受外力之和為零，這個系統的總動量保持不變，這個結論叫做動量守恒定律.3、表達式：對于由兩個物體組成的系統，動量守恒定律的表達式為

m1v1+m2v2=m1v/1+m2v/24、動量守恒的條件動量守恒定律成立的條件是：系統不受外力或者所受外力之和為零.在具體應用中分如下幾種情況：⑴系統不受外力；⑵系統受外力，但外力的矢量和為零；⑶系統所受外力之和不為零，但系統內物體間相互作用的內力遠大于外力，外力相對來說可以忽略不計，因而系統動量近似守恒；⑷系統總的來看雖不符合以上三條中的任何一條，但在某一方向上符合以上三條中的某一條，則系統在這一方向上動量守恒.例3、關于動量守恒的條件，下列說法中正確的是A．只要系統內存在摩擦力，動量不可能守恒B．只要系統內某個物體做加速運動，動量就不守恒C．只要系統所受合外力恒定，動量守恒D．只要系統所受外力的合力為零，動量守恒例4、如圖，木塊和彈簧相連放在光滑的水平面上，子彈A沿水平方向射入木塊后留在木塊B內，入射時間極短，之后木塊將彈簧壓縮，關于子彈和木塊組成的系統，下列說法中正確的是（）A．從子彈開始射入到彈簧壓縮到最短的過程中，系統動量守恒B．子彈射入木塊的過程中，系統動量守恒C．木塊壓縮彈簧的過程中，系統動量守恒D．上述任何一個過程動量均不守恒例5、在列車編組站里，一輛m1=1.8×104kg的貨車在平直軌道上以V1=2m/s的速度運動，碰上一輛m2=2.2×104kg的靜止的貨車，它們碰撞后結合在一起繼續運動，求貨車碰撞后運動的速度。再見《高中物理》選修3-516.3《動量守恒

定律（二）》教學目標（一）知識與技能掌握運用動量守恒定律的一般步驟（二）過程與方法知道運用動量守恒定律解決問題應注意的問題，并知道運用動量守恒定律解決有關問題的優點。（三）情感、態度與價值觀學會用動量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，培養思維能力。★教學重點：運用動量守恒定律的一般步驟★教學難點：動量守恒定律的應用．★教學方法：教師啟發、引導，學生討論、交流。★教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備1．動量守恒定律的內容是什么？2．分析動量守恒定律成立條件有哪些？①F合=0（嚴格條件）②F內遠大于F外（近似條件）③某方向上合力為0，在這個方向上成立。

一個系統不受外力或者所受外力的和為零，這個系統的總動量保持不變。這個結論叫做動量守恒定律。m1υ1+

m2υ2=

m1υ1′+

m2υ2′復習

兩個磁性很強的磁鐵，分別固定在A、B兩輛小車上，A車的總質量為4.0kg，B車的總質量為2.0kg。A、B兩輛小車放在光滑的水平面上，它們相向運動，A車的速度是5.0m/s，方向水平向右；B車的速度是3.0m/s,方向水平向左。由于兩車上同性磁極的相互排斥，某時刻B車向右以8.0m/s的水平速度運動，求（1）此時A車的速度；（2）這一過程中，B車的動量增量。【問題】總結一下應用動量守恒定律解題的思路一、應用動量守恒定律解題的基本步驟和方法⑴分析題意，確定研究對象；⑵分析作為研究對象的系統內各物體的受力情況，分清內力與外力,確定系統動量是否守恒；⑶在確認動量守恒的前提下，確定所研究的相互作用過程的始末狀態，規定正方向，確定始、末狀態的動量值的表達式；⑷列動量守恒方程；⑸求解，如果求得的是矢量，要注意它的正負，以確定它的方向.例1、爆炸類問題二、動量守恒定律和牛頓運動定律請設計模型用牛頓運動定律推導動量守恒定律例2、人船類問題練1：如圖1所示，長為L、質量為M的小船停在靜水中，質量為m的人從靜止開始從船頭走到船尾，不計水的阻力，求船和人對地面的位移各為多少？練2：質量為M的汽球上有一個質量為m的人氣球靜止于距地面為h高度處。從氣球上放下一根不計質量的繩。為使此人沿繩滑至地面，繩的長度至少多長？系統初動量為零的情況注意矢量性:

動量守恒方程是一個矢量方程。對于作用前后物體的運動方向都在同一直線上的問題，應選取統一的正方向，凡是與選取正方向相同的動量為正，相反為負。若方向未知，可設為與正方向相同，列動量守恒方程，通過解得結果的正負，判定未知量的方向。練：在高速公路上發生一起交通事故，一輛質量為15000kg向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質量為3000kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，并向南滑行了一段距離后停止.根據測速儀的測定，長途客車碰前以20m/s的速度行駛，由此可判斷卡車碰前的行駛速率為

A．小于10m/sB．大于10m/s小于20m/sC．大于20m/s小于30m/sD．大于30m/s小于40m/s例3、如圖所示，甲車的質量是2kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個質量為1kg的小物體.乙車質量為4kg，以5m/s的速度向左運動，與甲車碰撞以后甲車獲得8m/s的速度，物體滑到乙車上.若乙車足夠長，上表面與物體的動摩擦因數為0.2，則物體在乙車上表面滑行多長時間相對乙車靜止?（g取10m/s2）解：乙與甲碰撞動量守恒：

m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′

小物體m在乙上滑動至有共同速度v，對小物體與乙車運用動量守恒定律得

m乙v乙′=（m+m乙）v

對小物體應用牛頓第二定律得a=μg

所以t=v/μg

代入數據得t=0.4s三、動量守恒定律的適用范圍例4、如圖所示，質量為M=1kg的長木板，靜止放置在光滑水平桌面上，有一個質量為m=0．2kg大小不計的物體以6m/s的水平速度從木板左端沖上木板，在木板上滑行了2s后跟木板相對靜止（g取10m/s2）。求：（1）木板獲得的速度（2）物體與木板間的動摩擦因數再見《高中物理》選修3-516.4《碰撞》教學目標（一）知識與技能1．認識彈性碰撞與非彈性碰撞，認識對心碰撞與非對心碰撞2．了解微粒的散射（二）過程與方法通過體會碰撞中動量守恒、機械能守恒與否，體會動量守恒定律、機械能守恒定律的應用。（三）情感、態度與價值觀感受不同碰撞的區別，培養學生勇于探索的精神。★教學重點用動量守恒定律、機械能守恒定律討論碰撞問題★教學難點對各種碰撞問題的理解．★教學方法教師啟發、引導，學生討論、交流。★教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備★課時安排1課時 碰撞過程中動量守恒、動能守恒。一、碰撞過程中動量守恒mv=2mv/V/=v/2碰前動能：Ek=mV2/2碰后動能：E/k=mV/2/2=mV2/8碰撞過程中動量守恒、動能不守恒。碰撞后兩物體粘在一起的碰撞叫完全非彈性碰撞。這種碰撞機械能損失最大。1、定義2、研究彈性碰撞如何列式表達？如何計算？討論（一）討論（二）討論（三）

若在一光滑水平面上有兩個質量分別為m1、m2的剛性小球A和B，以初速度v1、v2運動，若它們能發生碰撞（為一維彈性碰撞），碰撞后它們的速度分別為v1/和v2/分別是多大？討論（四）將A和B看作系統：碰撞過程中系統動量守恒彈性碰撞中沒有機械能損失若v2=0時，結論與前面的是否相同？碰撞后B相對于A的速度與碰撞前B相對于A的速度大小相等，方向相反碰撞后A相對于B的速度與碰撞前A相對于B的速度大小相等，方向相反由動量和能量關系又可得出：

在光滑水平面上，有A、B兩個小球向右沿同一直線運動，取向右為正，兩球的動量分別是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如圖所示．若能發生正碰，則碰后兩球的動量增量△pA、△pB可能是

（）A．△pA=-3kgm/s；△pB=3kgm/sB．△pA=3kgm/s；△pB=3kgm/sC．△pA=-10kgm/s；△pB=10kgm/sD．△pA=3kgm/s；△pB=-3kgm/sA【思考】

如圖所示，質量為M的重錘自h高度由靜止開始下落，砸到質量為m的木楔上沒有彈起，二者一起向下運動．設地層給它們的平均阻力為F，則木楔可進入的深度L是多少？【思考】第一階段，對重錘有：第二階段，對重錘及木楔有Mv+0=（M+m）v/

第三階段，對重錘及木楔有二、方法一：矢量作圖法方法二：計算法V1V/2V/1V/1思考:若通過計算的方法,怎么計算?還需要哪些條件?三、總結：歸納本節課內容1、彈性碰撞和非彈性碰撞2、對心碰撞和非對心碰撞3、散射【思考】碰撞與爆炸有什么不同？再見《高中物理》選修3-516.5《反沖運動－火箭》教學目標（一）知識與技能1．進一步鞏固動量守恒定律2．知道反沖運動和火箭的工作原理，了解反沖運動的應用3．了解航天技術的發展和應用（二）過程與方法理解反沖運動的物理實質，能夠運用動量守恒定律分析、解決有關反沖運動的問題。（三）情感、態度與價值觀培養學生動手動腦的能力，發掘學生探索新知識的潛能。★教學重點運用動量守恒定律認識反沖運動的物理實質★教學難點動量守恒定律的應用．★教學方法教師啟發、引導，學生討論、交流。★教學用具：鋁箔紙，火柴和支架，反擊式水輪機轉輪的原理模型，禮花，有關航天發射、空間站等的錄像帶剪輯，投影片，多媒體輔助教學設備★課時安排1課時 檢索反沖運動火箭反沖運動的應用影響火箭飛行速度的因素反沖運動在現代技術中的應用中國航天事業的成就當一個物體向某一方向射出（或拋出）它的一部分時，這個物體的剩余部分將向相反方向運動。這就是反沖運動。什么樣的現象屬于反沖運動?最早的載人火箭的記錄是明代一名叫萬戶的人，他坐在綁有幾十支火箭的椅子上。手拿兩個大風箏，叫人點燃火箭，想使自己飛上天去，但他失敗了，而且為此獻出了生命。他的為科學獻身的精神是令人敬佩和值得我們學習的。長征一號如何解決有關反沖運動的問題？特點：？物體間相互作用突然發生，時間短，作用強。物體系無外力作用或外力遠小于內力時，反沖運動中動量是守恒的。例1在沙堆上有一木塊，M=5Kg,木塊上放一爆竹，質量為m=0.10Kg,點燃后木塊陷入沙中5cm,若沙對木塊運動的阻力恒為58N，不計火藥質量和空氣阻力，求爆竹上升的最大高度？系統是：過程是：共受幾個力？∑F是：正向為：陷入沙中5cm有用嗎？20例2某人在一只靜止于水面的小船上練習射擊，船、人、槍、靶、子彈的總質量為M，槍內有n顆子彈，每顆子彈質量為m，槍口到靶的距離為l,子彈射出時相對于地速度為v,在發射后一顆子彈時，前一顆已陷入靶中，則在發射完n顆子彈后小船后退的距離為多少？例3：傳送帶以V0=2m/s的速度把質量m=20kg的行李包送到原來靜止的光滑軌道的小車上，其質量為M=30kg，包與車間的動摩擦因數為=0.4，則包從滑上車到最遠處所經歷的時間為多少？0.3如圖所示，質量為M的光滑滑塊放置在光滑的水平面上，另一質量m的物體以速度v向上滑去，物體剛好能到達最高點，求物體到m達最高點的速度?例4：如圖所示，一排人站在沿x軸的水平軌道旁，原點O兩側人的序號都記為n(n＝1，2，3…)每人只有一個沙袋，x＞0一側的每個沙袋的質量為m＝14kg，x＜0一側的每個沙袋的質量m'＝20kg，一質量為M＝48kg的小車以某初速度從原點出發向正x方向滑行，不計軌道阻力，當車每經過一人身旁時，此人就把沙袋以水平速度v朝與車相反的方向沿車面扔到車上，u的大小等于扔此沙袋之前的瞬間車速大小的2n倍(n是此人的序號數)

(1)空車出發后，車上堆積了幾個沙袋時，車就反向滑行？

(2)車上最終有大小沙袋共多少個？※例5分析：本題未告知小車的初速，事實上車上的沙袋數與小車的初速無關，這是因為小車車速越快，扔沙袋的反向速度也越大。另外，本題若逐次運用動量守恒定律計算是非常麻煩的。抓住動量為一狀態量的特點，即可巧解此題。解：(1)設空車出發后，車上堆積了n個沙袋反向，則第n個沙袋未扔前動量為：［M＋(n－1)m］Vn其中Vn為車過第n個人身邊時的車速，依題意有m2nVn＞［M＋(n－1)m］Vn

解得n＞34/14＝2.4

因為n為整數，故取n＝3

(2)同理有：［M＋3m＋(n'－1)m'］Vn'＝m′.2n′Vn′解得n'＝8

最后結果是車上有沙袋總數N＝3＋8＝11個。相關知識介紹：榴彈炮反擊式水輪機：噴氣式飛機：火箭中國新型自行榴彈炮

火炮被稱為“戰爭之神”。自行火炮起源于第二次世界大戰的“法西斯德國”，當時德國陸軍將一種淘汰的坦克底盤裝上大口徑榴彈炮裝備炮兵，當時它的名稱是：突擊炮。榴彈炮自行火炮為什么要裝在履帶式的車輛上呢？履帶表面有較深的突起抓地鉤型設計？摩擦系數較大，止退。止退犁，看到了嗎？止退犁上又有兩個液壓緩沖器。這一切都是為了提高火炮的連射時的命中精度而精心設計的。

同學們是不是在電影里看到，火炮在發射時炮管一縮一伸的運動？有的人稱之為：縮頭炮。為什么炮管要做這樣的運動呢？

我們知道：根據中學物理中的動量守恒定律，火炮在發射炮彈時，炮身將存在向炮彈發射方向相反的方向運動的趨勢。如果我們將炮身固定住，當然有利于連發的命中精度，但是巨大的反沖作用就全靠炮身的材料硬度抵消了

這樣的結果是火炮的壽命大大減少，這顯然是不合理的設計。因此只有設計一種裝置，它可以先允許炮身做反沖運動，并把這種運動能量儲存為彈性勢能，等反沖運動結束時，再利用儲存的那部分能量使炮身復位，這就是火炮緩沖器的作用。

火炮中的物理學還多著吶！彈道學、彈頭引信解鎖原理、光學瞄準儀、雷達炮瞄等等。。

同學們，一門火炮中的物理現象和解決問題的思路是不是說明學好物理是多么的重要啊！火箭影響火箭飛行速度的因素主要有兩個，一是燃氣噴射的速度，二是火箭的質量比（即火箭開始飛行時的質量與燃料燃盡時的質量之比）。只有在很短時間內，火箭速度的變化非常小，以地面為參照物噴氣的速度可以認為不變的情況下，可以近似得出：MV-mv=0由此可知該時刻火箭的速度：

要提高噴氣速度，就要使用高質量的燃料，目前常用的液體燃料是液氫，用液氧做氧化劑。目前的技術條件下，火箭的質量比在6-10左右，要發射人造衛星，用一級火箭還不能達到所需的速度，必須用多級火箭。運載火箭一般采用液體推進劑，第一、二級多用液氧、煤油或四氧化二氮、偏二甲肼。末級用液氧、液氫高能推進，稱為低溫液體火箭，技術比較復雜，目前只有美國、俄斯、法國、中國和日本等少數幾個國家掌握低溫液體火箭技術目前擁有運載火箭的國家有俄羅斯、美國、法國、英國、中國、日本、印度和以色列。當今世界上最大的運載火箭是俄羅斯的“能源”號，它長60米，底部最大直徑20米，重3000多噸，能將120噸的有效載荷送入近地軌道。迄今為止運載火箭均為一次使用的，成本高。一次發射，少的幾千萬美元，多的上億美元。不能重復使用，資源浪費大。西昌衛星發射中心簡介西昌衛星發射中心（XSLC）隸屬于中國衛星發射測控中心（CLTC），主要用于發射地球同步轉移軌道（GTO）衛星。XSLC位于中國西南部的四川省西昌地區，其總部設在距發射場65公里的西昌市內。

還可發射太陽同步軌道衛星和低軌道衛星，目前可以發射長征二號E、長征三號、長征三號甲、長征三號乙等四種我國自行研制的運載火箭。反擊式水輪機是大型水力發電站應用最廣泛的水輪機。它是靠水流的反沖作用旋轉的。我國早在70年代就能生產轉輪直徑5.5米，質量110噸，最大功率達30萬千瓦的反擊式水輪機。噴氣式飛機通過連續不斷地向后噴射高速燃氣，可以得到超過音速的飛行速度。法國幻影”2000美國：F16美國：隱形“117”再見《高中物理》選修3-5第十七章

《波粒二象性》17.1《能量量子化：

物理學的新紀元》教學目標

1、知識與技能：（1）了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射（2）了解黑體輻射的實驗規律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系（3）了解能量子的概念2、過程與方法：了解微觀世界中的量子化現象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。3、情感態度與價值觀：領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。【重點難點】1、重點:

能量子的概念2、難點:

黑體輻射的實驗規律17世紀明確形成了兩大對立學說牛頓惠更斯微粒說波動說19世紀初證明了波動說的正確性由于波動說沒有數學基礎以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風19世紀末光電效應現象使得愛因斯坦在20世紀初提出了光子說：光具有粒子性對光學的研究從很早就開始了……能量量子化；物理學的新紀元1、黑體與黑體輻射熱輻射

固體或液體，在任何溫度下都在發射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K

能全部吸收各種波長的輻射能而不發生反射，折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型

研究黑體輻射的規律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。2.黑體輻射實驗規律實驗裝置T平行光管三棱鏡T0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K實驗結果o實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災難普朗克線123456783.能量子超越牛頓的發現ε=hν輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態，在這些狀態中，諧振子的能量并不象經典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數，稱為量子數。能量量子經典h=6.626*10-34J.sλ(μm)123568947普朗克實驗值17.2《科學的轉折：

光的粒子性》教學目標

知識與技能：1．通過實驗了解光電效應的實驗規律。2．知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。3．了解康普頓效應，了解光子的動量過程與方法：經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規律。3、情感態度與價值觀：領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。【重點難點】1、重點：光電效應的實驗規律2、難點：愛因斯坦光電效應方程以及意義物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發現一充負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，因為1897年，J.Thomson才發現電子，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現什么結果？第1課時光電效應光子問題1：回顧前面的學習，總結人類對光的本性的認識的發展過程？用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。。一、光電效應現象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電定義：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發射電子的現象叫做光電效應。發射出來的電子叫做光電子1.什么是光電效應

當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。一、光電效應陽極陰極石英窗

光線經石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。2.光電效應的實驗規律1.光電效應實驗陽極陰極

將換向開關反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。

當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。遏止電壓IUcOU光強較弱光電效應伏安特性曲線光電效應實驗裝置遏止電壓

一、光電效應的實驗規律陽極陰極IIsUaOU光強較強光強較弱光電效應伏安特性曲線光電效應實驗裝置遏止電壓飽和電流

一、光電效應的實驗規律陽極陰極陽極陰極石英窗2.光電效應實驗規律①.光電流與光強的關系飽和光電流強度與入射光強度成正比。②.截止頻率c----極限頻率對于每種金屬材料，都相應的有一確定的截止頻率c。

當入射光頻率

>c

時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率

<c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。③光電效應是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-9s。經典理論無法解釋光電效應的實驗結果。

經典認為，按照經典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應該越大。也就是說，光電子的能量應該隨著光強度的增加而增大，不應該與入射光的頻率有關，更不應該有什么截止頻率。

光電效應實驗表明：飽和電流不僅與光強有關而且與頻率有關，光電子初動能也與頻率有關。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。

光電效應具有瞬時性。而經典認為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。

為了解釋光電效應，愛因斯坦在能量子假說的基礎上提出光子理論，提出了光量子假設。3.愛因斯坦的光量子假設1.內容

光不僅在發射和吸收時以能量為h的微粒形式出現，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為的光是由大量能量為=h光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。

在光電效應中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功A，另一部分變為光電子逸出后的動能Ek

。由能量守恒可得出：2.愛因斯坦光電效應方程為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功；

為光電子的最大初動能。3.從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關系

4.從光電效應方程中，當初動能為零時，可得極極限頻率：

愛因斯坦對光電效應的解釋：

1.光強大，光子數多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。

2.電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。4.光電效應理論的驗證

美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。放大器控制機構

可以用于自動控制，自動計數、自動報警、自動跟蹤等。4.光電效應在近代技術中的應用1.光控繼電器可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管應用光電管光電源電流計IAK第2課時康普頓效應1.光的散射光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發生改變,這種現象叫做光的散射2.康普頓效應

1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發現散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長

和散射物質都無關。一.康普頓散射的實驗裝置與規律：晶體

光闌X射線管探測器X射線譜儀

石墨體(散射物質)j0散射波長康普頓正在測晶體對X射線的散射

按經典電磁理論：

如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！康普頓散射曲線的特點：1.除原波長0外出現了移向長波方向的新的散射波長。2.新波長隨散射角的增大而增大。

散射中出現≠0的現象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......0稱為電子的Compton波長只有當入射波長0與c可比擬時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角有關，而與散射物質種類及入射的X射線的波長0無關，c=0.0241?=2.4110-3nm（實驗值）遇到的困難經典電磁理論在解釋康普頓效應時2.無法解釋波長改變和散射角的關系。射光頻率應等于入射光頻率。其頻率等于入射光頻率，所以它所發射的散過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，1.根據經典電磁波理論，當電磁波通光子理論對康普頓效應的解釋

康普頓效應是光子和電子作彈性碰撞的子能量幾乎不變，波長不變。小于原子質量，根據碰撞理論，碰撞前后光光子將與整個原子交換能量,由于光子質量遠2.若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，是散射光的波長大于入射光的波長。部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于1.若光子和外層電子相碰撞，光子有一結果，具體解釋如下：3.因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。光子理論對康普頓效應的解釋三.康普頓散射實驗的意義（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量”

的假設；（3）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。康普頓效應康普頓效應康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)美國物理學家19271925—1926年，吳有訓用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質，四、吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年,參加了發現康普頓效應的研究工作.對證實康普頓效應作出了重要貢獻。在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。（1897-1977）吳有訓光子的能量和動量動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的17.3《嶄新的一頁：

粒子的波動性》教學目標

1、知識與技能：了解光的波粒二象性；了解粒子的波動性．2、過程與方法：培養學生的觀察、分析能力。3、情感態度與價值觀：培養學生嚴謹的科學態度，正確地獲取知識的方法。【重點難點】1、重點：粒子波動性的理解2、難點：對德布羅意波的實驗驗證

德布羅意波波粒二象性1、德布羅意波（物質波）

De.Broglie1923年發表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質波的概念。

他認為，“整個世紀以來（指19世紀）在光學中比起波動的研究方法來，如果說是過于忽視了粒子的研究方法的話，那末在實物的理論中，是否發生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略了波的圖象呢”一、德布羅意的物質波德布羅意(duedeBroglie,1892-1960)

德布羅意原來學習歷史，后來改學理論物理學。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。

1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動性統一起來。1924年，在博士論文《關于量子理論的研究》中提出德布羅意波,同時提出用電子在晶體上作衍射實驗的想法。愛因斯坦覺察到德布羅意物質波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角”。法國物理學家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波動力學的創始人，量子力學的奠基人之一。

能量為E、動量為p的粒子與頻率為v、波長為的波相聯系，并遵從以下關系：E=mc2=hv

這種和實物粒子相聯系的波稱為德布羅意波(物質波或概率波),其波長稱為德布羅意波長。一切實物粒子都有波動性

后來，大量實驗都證實了：質子、中子和原子、分子等實物微觀粒子都具有波動性，并都滿足德布洛意關系。一顆子彈、一個足球有沒有波動性呢？

質量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長為計算結果表明，子彈的波長小到實驗難以測量的程度。所以，宏觀物體只表現出粒子性。由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運動著的物體上去，得出物質波（德布羅意波）的概念：任何一個運動著的物體都有一種波與它對應，該波的波長λ=。【例1】試估算一個中學生在跑百米時的德布羅意波的波長。

解：估計一個中學生的質量m≈50kg，百米跑時速度v≈7m/s，則由計算結果看出，宏觀物體的物質波波長非常小，所以很難表現出其波動性。

例題2

(1)電子動能Ek=100eV；(2)子彈動量p=6.63×106kg.m.s-1,求德布羅意波長。

解

(1)因電子動能較小，速度較小，可用非相對論公式求解。=1.23?(2)子彈:h=6.63×10-34=1.0×10-40m

可見，只有微觀粒子的波動性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動性根本測不出來。

一個質量為m的實物粒子以速率v運動時，即具有以能量E和動量P所描述的粒子性，同時也具有以頻率n和波長l所描述的波動性。德布羅意關系如速度v=5.0102m/s飛行的子彈，質量為m=10-2Kg，對應的德布羅意波長為：如電子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s,對應的德布羅意波長為：太小測不到！X射線波段2、戴維遜－革末實驗1927年，Davisson和Germer

進行了電子衍射實驗。

（該實驗榮獲1937年Nobel物理學獎）戴維遜--革末實驗電子衍射實驗

電子束垂直入射到鎳單晶的水平面上，在散射方向上探測到一個強度極大。（可用晶體對X射線的衍射方法來分析）L.V.德布羅意電子波動性的理論研究1929諾貝爾物理學獎C.J.戴維孫通過實驗發現晶體對電子的衍射作用1937諾貝爾物理學獎X射線經晶體的衍射圖電子射線經晶體的衍射圖類似的實驗：

1927年，湯姆遜電子衍射實驗

1960年，C.Jonson的電子雙縫干涉實驗

后來的實驗證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動性。

德布羅意公式成為揭示微觀粒子波－粒二象性的統一性的基本公式，1929年，DeBroglie因發現電子波而榮獲Nobel

物理學獎。電子顯微鏡17.4《概率波》教學目標

（一）知識與技能1．了解微粒說的基本觀點及對光學現象的解釋和所遇到的問題．2．了解波動說的基本觀點及對光學現象的解釋和所遇到的問題．3．了解事物的連續性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性．4．了解光是一種概率波．（二）過程與方法1．領悟什么是概率波2．了解物理學中物理模型的特點初步掌握科學抽象這種研究方法3．通過數形結合的學習，認識數學工具在物理科學中的作用（三）情感、態度與價值觀理解人類對光的本性的認識和研究經歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發展的過程．根據事實建立學說，發展學說，或是決定學說的取舍，發現新的事實，再建立新的學說．人類就是這樣通過光的行為，經過分析和研究，逐漸認識光的本性的．【重點難點】1、重點：人類對光的本性的認識的發展過程．2、難點：對量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解

電子雙縫衍射

1)用足夠強的電子束進行雙縫衍射

——

出現了明暗相間的衍射條紋，體現電子的波動性——衍射條紋掩飾了電子的粒子性未能體現電子在空間分布的概率性質

——得到的結果與光的雙縫衍射結果一樣

物質波不是經典波

——經典的波是介質中質元共同振動的形成的雙縫衍射中體現為無論電子強度多么弱屏幕上出現的是強弱連續分布的衍射條紋——實際上在電子強度弱的情形中電子在屏幕上的分布是隨機的，完全不確定的

微觀粒子不是經典粒子——

經典粒子雙縫衍射——

子彈可以看作是經典粒子假想用機關槍掃射雙縫A和B，屏幕C收集子彈數目1)將狹縫B擋住——子彈通過A在屏幕C上有一定的分布

——類似于單縫衍射的中央主極大P1——子彈落在中央主極大范圍的概率分布2)將狹縫A擋住——子彈通過狹縫B在屏幕C上有一定的分布

——類似于單縫衍射的中央主極大P2——子彈落在中央主極大范圍的概率分布3)A和B狹縫同時打開——

子彈是經典粒子原來通過A狹縫的子彈——還是通過A

原來通過B狹縫的子彈——還是通過B屏幕C上子彈的概率分布不因兩個狹縫同時打開每顆子彈會有新的選擇！——

電子雙縫衍射——

電子槍發射出的電子，在屏幕P上觀察電子數目1)將狹縫B擋住——

電子通過狹縫A

在屏幕C有一定分布——類似于單縫衍射的中央主極大3）A和B狹縫同時打開——如果電子是經典粒子原來通過A狹縫的電子——還是通過A

原來通過B狹縫的電子——還是通過B屏幕上電子的概率分布屏幕C——

實際觀察到類似光的雙縫衍射條紋屏幕C上電子的概率分布——

只開一個狹縫和同時開兩個狹縫電子運動的方向具有隨機性——A和B狹縫同時開時電子似乎“知道”兩個狹縫都打開！

雙縫和屏幕之間——

到底發生了什么？屏幕上電子的分布——有了新的概率分布電子——不是經典粒子

光子在某處出現的概率由光在該處的強度決定I大光子出現概率大I小光子出現概率小統一于概率波理論單縫衍射光子在某處出現的概率和該處光振幅的平方成正比17.5《不確定的關系》教學目標

（一）知識與技能1．了解不確定關系的概念和相關計算．2．了解物理模型與物理現象（二）過程與方法經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規律。（三）情感、態度與價值觀能領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。【重點難點】1、重點：不確定關系的概念2、難點：對不確定關系的定量應用

玻恩(M.Born.1882-1970)德國物理

學家。1926年提出波函數的統計意義。為此與博波(W.W.GBothe.1891-1957)共享1954年諾貝爾物理學獎。

玻恩M.Born.

一、德布羅意波的統計解釋

1926年，德國物理學玻恩

(Born,1882--1972)

提出了概率波，認為個別微觀粒子在何處出現有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現的空間分布卻服從一定的統計規律。

二.經典波動與德布羅意波(物質波)的區別

經典的波動(如機械波、電磁波等)是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波(物質波)是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。不確定度關系（uncertaintyrelatoin)

經典力學：運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。

微觀粒子：位置、動量等具有不確定量（概率）。１、電子衍射中的不確定度

一束電子以速度v沿oy軸射向狹縫。

電子在中央主極大區域出現的幾率最大。y

在經典力學中，粒子（質點）的運動狀態用位置坐標和動量來描述，而且這兩個量都可以同時準確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標和確定的動量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設有一束電子沿軸射向屏AB上縫寬為的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們仍用坐標和動量來描述這一電子的運動狀態，那么，我們不禁要問：一個電子通過狹縫的瞬時，它是從縫上哪一點通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時，其坐標為多少?顯然，這一問題，我們無法準確地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準確地確定該電子通過狹縫時的坐標。對于第一衍射極小，

式中為電子的德布羅意波長。

電子通過狹縫的瞬間，其位置在x方向上的不確定量為y

電子的位置和動量分別用和

來表示。

同一時刻，由于衍射效應，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量Px變化越大。y分析計算可得:①許多相同粒子在相同條件下實驗,粒子在同一時刻并不處在同一位置。②用單個粒子重復,粒子也不在同一位置出現。

不確定性關系(1901~1976)德國物理學家,量子力學矩陣形式的創建人,1932年獲諾貝爾物理學獎。經嚴格證明應為：這就是著名的海森伯測不準關系式（約化普朗克常量）

能量與時間的不確定關系：

原子在激發態的平均壽命相應地所處能級的能量值一定有一不確定量。稱為激發態的能級寬度。

我們知道，原子核的數量級為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的。可見子彈的動量和位置都能精確地確定，不確定關系對宏觀物體來說沒有實際意義。

例1.一顆質量為10g

的子彈，具有200m·s-1的速率，若其動量的不確定范圍為動量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?解:

子彈的動量動量的不確定范圍由不確定關系式(17-17)，得子彈位置的不確定范圍

我們知道原子大小的數量級為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。

例2

.

一電子具有200m/s的速率，動量的不確定范圍為動量的0.01%(這已經足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?解

:

電子的動量為動量的不確定范圍由不確定關系式，得電子位置的不確定范圍

宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標和動量沒有確定的坐標和動量可用牛頓力學描述。需用量子力學描述。

有連續可測的運動軌道，可有概率分布特性，不可能分辨

追蹤各個物體的運動軌跡。

出各個粒子的軌跡。體系能量可以為任意的、連能量量子化

。續變化的數值。不確定度關系無實際意義遵循不確定度關系微觀粒子和宏觀物體的特性對比

不確定關系的物理意義和微觀本質1.物理意義：

微觀粒子不可能同時具有確定的位置和動量。粒子位置的不確定量x越小，動量的不確定量Px就越大，反之亦然。2.微觀本質：

是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統計規律的必然結果。

不確定關系式表明：１．微觀粒子的坐標測得愈準確(x0)

，動量就愈不準確(px)

；微觀粒子的動量測得愈準確(px0)

，坐標就愈不準確(x)

。但這里要注意，不確定關系不是說微觀粒子的坐標測不準；也不是說微觀粒子的動量測不準；更不是說微觀粒子的坐標和動量都測不準；而是說微觀粒子的坐標和動量不能同時測準。

這是因為微觀粒子的坐標和動量本來就不同時具有確定量。這本質上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。由上討論可知，不確定關系是自然界的一條客觀規律,不是測量技術和主觀能力的問題。３．不確定關系提供了一個判據：當不確定關系施加的限制可以忽略時，則可以用經典理論來研究粒子的運動。當不確定關系施加的限制不可以忽略時，那只能用量子力學理論來處理問題。２．為什么微觀粒子的坐標和動量不能同時測準?《高中物理》選修3-5能量量子化物理學的新紀元第一節19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規律---能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發展到頭了。

1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上,著名物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發言:“科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。”

--開爾文--也就是說：物理學已經沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數據的小數點后面在加幾位罷了！

但開爾文畢竟是一位重視現實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：

“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，----”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。然而,事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對論。經典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”

固體或液體，在任何溫度下都在發射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K1.熱輻射現象黑體與黑體輻射一、熱輻射及其特點1.熱輻射由于分子熱運動導致物體輻射電磁波溫度不同時輻射的波長分布不同

例如：鐵塊溫度

從看不出發光到暗紅到橙色到黃白色這種與溫度有關的輻射稱為熱輻射熱輻射---熱能轉化為電磁能的過程2.對熱輻射的初步認識任何物體任何溫度均存在熱輻射溫度

發射的能量電磁波的短波成分如一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈昏黃色賊亮刺眼直覺:

低溫物體發出的是紅外光熾熱物體發出的是可見光高溫物體發出的是紫外光注意：

熱輻射與溫度有關激光日光燈發光不是熱輻射二、平衡熱輻射

加熱一物體物體的溫度恒定時物體所吸收的能量等于在同一時間內輻射的能量這時得到的輻射稱為平衡熱輻射能全部吸收各種波長的輻射能而不發生反射，折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體2.黑體輻射實驗規律

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型

研究黑體輻射的規律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。黑體模型空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞向遠處觀察打開的窗子近似黑體平衡態時黑體輻射只依賴于物體的溫度,與構成黑體的材料形狀無關實驗裝置T平行光管三棱鏡T0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K實驗結果o實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災難普朗克線12345678黑體輻射實驗是物理學晴朗天空中一朵令人不安的烏云。3.能量子假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態，在這些狀態中，諧振子的能量并不象經典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數，稱為量子數。

對于頻率為ν的諧振子最小能量為能量量子經典λ(μm)123568947普朗克實驗值普朗克的能量子假說和黑體輻射公式1.黑體輻射公式1900.10.19

普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式M.Planck

德國人1858－1947

普朗克后來又為這種與經典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經過十多年的努力證明任何復歸于經典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。

1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。

他的墓碑上只刻著他的姓名和

黑體輻射的研究卓有成效地展現在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發現一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，J.Thomson發現了電子，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現什么結果？《高中物理》選修3-517.2《科學的轉折：

光的粒子性》教學目標

知識與技能：1．通過實驗了解光電效應的實驗規律。2．知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。3．了解康普頓效應，了解光子的動量過程與方法：經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規律。3、情感態度與價值觀：領