【文档说明】2022-2023学年高一物理 人教版2019必修第二册 同步学案+典例+练习 7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 Word版无答案.docx，共(8)页，311.233 KB，由小赞的店铺上传

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7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性一、相对论时空观1.19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度光速c.2.1887年迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是的！这与牛顿力学中

不同参考系之间的速度变换关系不符.3.爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的.4.时间延缓效应(1)如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察

到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝.(2)Δt与Δτ的关系总有，即物理过程的(时间进程)与运动状态有关.5.长度收缩效应：(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿

着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝.(2)l与l0的关系总有，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.二、牛顿力学的成就与局限性1.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬.2.牛顿力学局限性：牛顿力学的

适用范围是的宏观物体.(1)当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同.(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动牛顿力学来说明.3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体运动的速度远小于光速c时，相对论物理学与牛顿

力学的结论没有区别.考点一：经典力学的局限性【例1】对于经典力学理论，下述说法中正确的是（）A．由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的意义基础知识梳理典型例题分析B．经典力学在今天广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍是普遍适用的C．经典力学

在历史上起了巨大的作用，随着物理学的发展而逐渐过时，成为一种古老的理论D．经典力学在宏观低速运动中适用【变式练习】1．下列说法正确的是（）A．自然界中的一切现象都能够用经典力学来描述B．经典力学也可以研究分子、原子的运动规律C．没有经典力学就没

有今天的空间科学D．无论物体以多大的速度运动，其加速度都和受到的合外力成正比2．下列各种情景下，经典力学不能很好适用的是（）A．质量是1000t的火车出站后做加速运动，速度达到300km/hB．在宇宙中以光速追赶前面的物

体C．由于潮汐作用，地球的自转速度越来越小D．高速飞行的子弹，射穿一木块考点二：狭义相对论的两个基本假设【例2】关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是（）A．相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，相对论适用于物体的运动规律；在物

体低速运动时，牛顿运动定律适用于物体的运动规律C．牛顿力学适用于宏观物体的运动，也适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的【变式练习】1．下列说法中正确的是（）A．在高速运动的火车车厢中央，光源同时向车厢前后两壁发出了一个闪光，地面上的人看到闪光同时到

车厢的前后壁B．在任何惯性参考系中，物体的运动速度都不能超过光速C．一条沿自身长度方向高速运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大D．同样的两个事件，在不同的参考系中观测，时间间隔都相同2．在高速世界里，时间和空间都是相对的，都会随惯性参考系的选择不同而不同。基于

爱因斯坦的假设，下列说法正确的是（）A．物理规律在一切参考系中都具有相同的形式B．在一切参考系中，测量到的真空中的光速c都一样C．在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样D．上面所述均不正确考点三：时间间隔的相对性及其验证【例3】A、B、C是三个完全相

同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝同一方向飞行的两个火箭上，地面上的观察者认为走得最快的时钟是（）A．A时钟B．B时钟C．C时钟D．无法确定【变式练习】1．如图所示，a、b、c为三

个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb<vc，则地面的观察者认为走得最慢的钟为（）A．aB．bC．cD．无法确定2．与相对论有关的问题，下列说法正确的是（）A．火箭内有一时钟，当火

箭高速运动后，此火箭内观察者发现时钟变慢了B．力学规律在任何惯性参考系中都是相同的C．一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度要长些D．高速运动物体的质量会变小考点四：相对论质量【例4】根据爱因斯坦提出的相对论，以下说法正确的是（）A．经典力学

理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．物体的质量取决于物体所含物质的多少，物体无论以多大速度运动，其质量与速度无关C．一个真实的物体，其运动速度有可能达到甚至超过真空中的光速D．质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变的【变式练习】

1．在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，其原因是()A．运动中的物体，其质量无法测量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．物体质量并不随速度变化而变化2．一个质量为m的物体，从静止开

始做匀加速直线运动，随着速度的不断增大，下列说法正确的是（）A．物体的速度越大，它的质量就越小B．物体的速度越小，它的质量就越大C．物体的质量与其速度无关D．随着速度的增大，物体的质量将变大一、相对论时空观1.低速与高速(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶

的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体.(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.2.相对论的两个效应(1)时间延缓效应：运动时钟会变慢，

即Δt＝Δτ1－vc2.(2)长度收缩效应：运动长度会收缩，即l＝l01－vc2.3.对于低速运动的物体，相对论效应可以忽略不计，一般用经典力学规律来处理；对于高速运动问题，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理.二、牛顿力学的成就与局限性1.经典力学的成

就(1)经典力学体系是时代的产物，是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础.(2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响.2.经典力学的局限性及适用范围(1)经典力学适用于低速运动的物体，相对论阐述物体在以

接近光速运动时所遵循的规律.方法探究(2)经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律.3.相对论和量子力学没有否定经典力学(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)当另一个重要常量即“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经

典力学的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形.一、单选题1．有一对孪生兄弟小明和小伟，当他们长大到20岁时，由于航天的需要，小伟要乘坐航天飞船去太空进行科学研究，在地球上经过20年后小伟才返回地面，则下列判断正确的是（）A．小明显得更年

轻B．小伟显得更年轻C．他们俩一样年轻D．无法判断谁更年轻2．根据相对论时空观，下列结论正确的是（）A．同时是绝对的B．“时间间隔”是绝对的C．物体质量随物体速度变化而变化D．空间距离是绝对的3．2017年10月3日，瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家，以表彰他们对LI

GO探测装置的决定性贡献。引力波是爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是（）A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论D．由于相对论、量子

论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值4．一个电子运动的速度0.8vc=，此时它的质量测量值m与静质量0m相比（）A．变大B．变小C．相等D．无法确定5．在静止时测量的弓箭的长度和铝管的长度相同，当弓箭以速度0.5c（c为光速）穿过铝管时，下列说法正确的是（）课后小练A．弓箭的长度变短，所以

在某些位置铝管能将弓箭完全遮住B．铝管的长度变短，所以在某些位置弓箭将从铝管的两端伸出C．弓箭和铝管都变短且变短的量相同，所以在某些位置铝管刚好能将弓箭完全遮住D．弓箭和铝管的长度是否发生变化与观察者的运动情况有关6．相对论中，关于飞船飞行时间间隔的相对性，下列相关叙述

中不正确的是（）A．同方向以相等速率飞行的两只飞船上的航天员测得的对方的飞行时间总一致B．以相等速率相向飞行的两只飞船上的航天员测得的对方的飞行时间总一致C．在地球上观察，飞船上的时间进程变慢了，其一切变化过程均变慢了D．在飞船上观察，地球上的时间

进程变快了，其一切变化过程均变快了7．设某人在速度为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1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.

5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是52cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c8．有一艘从地球匀速飞向太空的宇宙飞船，地球上的观察者发现宇宙飞船上的钟比地球上的走得慢，则宇宙飞船上的

观察者（）A．也认为自己的钟比地球上的走得慢B．发现飞船上钟的快慢与其在地球上时确实有变化C．发现地球上的钟比飞船上的走得慢D．认为地球上观察者记录的时间不准确二、多选题9．如图所示，甲、乙、丙三个完全相同的时钟，甲放在地面上，乙、丙分别放在两架航天

飞机上，航天飞机沿同一方向高速飞离地球，但是乙所在的飞机比丙所在的飞机飞得快。则乙所在飞机上的观察者认为（）A．走得最快的钟是甲B．走得最快的钟是乙C．走得最快的钟是丙D．走得最慢的钟是甲10．世界上有各式各样的钟：砂钟、石英钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以

使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法（）A．正确B．错误C．若变慢，则变慢程度相同D．若变慢，则与钟的种类有关系11．一枚火箭静止于地面时长为30m，两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上。火箭以速度v

飞行，光速为c，下列判断正确的是（）A．若v=0.5c，则火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30mB．若v=0.5c，则地面上的观察者测得火箭的长度仍为30mC．若v=0.5c，则火箭上的观察者认为地面上的时钟走得

快D．若v=0.5c，则地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢三、解答题12．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－。若参考系中π±介子处于静止

，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，电子的质量为9.1×10－31kg，求：（1）在实验室参考系中观测到该粒子的平均寿命；（2）在实验室参考系中观测到该粒子运动的平

均距离。13．测量光速可以有不同的方法，比如在月球上放置一个反射镜，在地球上向月球发射一束激光，反射回地面后通过激光的往返时间来计算光速，图所示为法国物理学家菲索利用旋转齿轮法来测量光速的装置，当齿轮静止时，光束穿过

齿缝经平面镜反射后能被观察者看到；当齿轮旋转时，如果反射光返回时正好碰到齿轮，观察者就看不到光，如果反射光返回时正好转到下一个齿缝，观察者就能看到光，设此时反射镜到齿轮的距离为L，齿轮转速为1000r/sn=，齿轮的齿数为720m=，要想测出光速，L需要多长？如何增加这个长度？