資源簡介

PAGE
課時跟蹤檢測（二十四） 牛頓力學的成就與局限性 相對論時空
觀 宇宙起源和演化
A組—重基礎·體現綜合
1．如圖所示，按照狹義相對論的觀點，火箭B是“追趕”光的；火箭A是“迎著”光飛行的，若火箭相對地面的速度大小均為v，則兩火箭上的觀察者測出的光速分別為(　　)
A．c＋v，c－v B．c，c
C．c－v，c＋v D．無法確定
解析：選B　根據光速不變原理，B正確。
2．通常我們把地球和相對地面靜止或勻速運動的物體參考系看成是慣性系，若以下列系統為參考系，則屬于非慣性系的有(　　)
A．停在地面上的汽車
B．繞地球做勻速圓周運動的飛船
C．在大海上勻速直線航行的輪船
D．勻速行駛的火車
解析：選B　停在地面上的汽車、勻速直線航行的輪船和勻速行駛的火車是慣性系，而勻速圓周運動的飛船是做變速運動，是非慣性系，故B正確。
3．地面上的觀察者測得真空中的光速為v1，在勻速直線運動的列車內，觀察者測得真空中的光速為v2，根據狹義相對論，下列判斷正確的是(　　)
A．v1>v2　　　　　　 B．v1C．v1＝v2 D．無法確定
解析：選C　根據狹義相對論光速不變原理，光在真空中總是以確定的速度傳播，速度的大小同光源的運動狀態和觀察者所處的慣性系無關，可知v1＝v2。故選C。
4．如圖所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c。強強向壯壯發出一束光進行聯絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(　　)
A．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．1.0c
解析：選D　根據狹義相對論的基本假設——光速不變原理，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，選項D正確。
5．用相對論的觀點判斷，下列說法不正確的是(　　)
A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發生的時間和一個物體的長度總不會改變
B．在地面上的人看來，高速運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的
C．在地面上的人看來，高速運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些
D．當物體運動的速度v c時，“時間延緩”和“長度收縮”效應可忽略不計
解析：選A　時間和空間都是相對的，故選項A的說法錯誤；根據“時間延緩”和“長度收縮”效應，B、C的說法正確；當速度v c時，1－2≈1，所以“時間延緩”和“長度收縮”效應可忽略不計，故D的說法正確。
6．一艘太空飛船靜止時的長度為30 m，他以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行經過地球，下列說法正確的是(　　)
A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m
B．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m
C．飛船上的觀測者測得地球上發來的光信號速度小于c
D．地球上的觀測者測得飛船上發來的光信號速度小于c
解析：選B　飛船上的觀察者相對飛船是靜止的，測得飛船長度為靜止長度30 m，選項A錯誤；地球上的觀察者相對飛船的速度為0.6c，測得飛船的長度l′＝l＝0.8l0＝24 m，選項B正確；由光速不變原理知光信號的速度與參考系無關，選項C、D錯誤。
7．接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有(　　)
A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快
B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢
C．地球上的人觀測到兩鐘一樣快
D．地球上的人觀測到地球上的鐘較慢
解析：選A　相對論告訴我們，運動的鐘會變慢，由于飛船上的人相對飛船上的鐘是靜止的，而觀測到地球上的鐘是高速運動的，因此飛船上的人觀測到飛船上的鐘相對于地球上的鐘快，A項正確，B項錯誤；同樣，地球上的人觀測到飛船上的鐘是高速運動的，因此地球上的人觀測到地球上的鐘比飛船上的鐘快，C、D項錯誤。
8．某星際飛船正在遙遠的外太空飛行，假如它的速度可以達到0.7c，在地球上觀測到其經過8.76×104 h的時間到達某星球，則在飛船上的人看來，其到達此星球需要的時間是(　　)
A．8.76×104 h B．6.26×104 h
C．12.27×104 h D．16.52×104 h
解析：選B　由時間延緩效應公式可得Δt′＝Δt ＝8.76×104× h≈6.26×104 h，故B正確。
9．帶電π介子靜止時的平均壽命是2.6×10－8 s，某加速器射出的帶電π介子的速率是2.4×108 m/s。試求：
(1)在實驗室中測得這種粒子的平均壽命；
(2)上述π介子衰變前在實驗室中通過的平均距離。
解析：(1)由Δt′＝Δt得，
π介子的平均壽命是
Δt＝ s＝4.33×10－8 s。
(2)π介子衰變前在實驗室中通過的平均距離
s＝Δt·v＝4.33×10－8 s×2.4×108 m/s＝10.4 m。
答案：(1)4.33×10－8 s　(2)10.4 m
B組—重應用·體現創新
10．如圖所示，質量與身高均相同的甲、乙兩人分別乘坐速度為0.6c和0.8c(c為光速)的飛船在太空中同向運動。則下列說法中正確的是(　　)
A．乙觀察到甲身高變高
B．甲觀察到乙身高變矮
C．若甲向乙揮手，則乙觀察到甲動作變快
D．若甲向乙發出一束光進行聯絡，則乙觀察到該光束的傳播速度為c
解析：選D　因為人是垂直于速度方向站立的，身高方向上沒有尺縮效應，即甲、乙觀察到對方的身高不變，故A、B錯誤；根據相對論的時間延緩效應，可知乙觀察到甲動作變慢，故C錯誤；根據愛因斯坦光速不變原理，乙觀察到該光束的傳播速度仍為c，故D正確。
11．[多選]假如你站在一條長木桿的中央附近，如圖所示，并且看到木桿落在地上時是兩頭同時著地，所以，你認為這木桿是平著落到了地上。而此時飛飛同學正以接近光速的速度從木桿前面掠過，她看到B端比A端先落到地，因而她認為木桿是向右傾斜著落的。她的看法是(　　)
A．對的
B．錯的
C．她應感覺到木桿在朝她運動
D．她應感覺到木桿在遠離她運動
解析：選AC　當飛飛同學掠過木桿時，在她看來，木桿不僅在下落，而且還在朝她運動，正好像星體朝你的飛船運動一樣。因此，在你看來同時發生的兩件事，在飛飛同學看來首先在B端發生。綜上所述可知A、C正確，B、D錯誤。
12．人馬星座α星是離太陽系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m。設有一宇宙飛船自地球往返于人馬星座α星之間。若宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時鐘計算飛船往返一次需多少時間？如以飛船上的時鐘計算，往返一次的時間又為多少？
解析：以地球上的時鐘計算
Δt＝＝ s≈2.87×108 s＝9年；
若以飛船上的時鐘計算
Δt′＝Δt＝2.87×108× s≈1.28×107 s＝0.4年。
答案：9年　0.4年
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共15張PPT)
第一～三節　牛頓力學的成就與局限性　相對論時空觀宇宙起源和演化
核心素養點擊
物理觀念 (1)了解伽利略相對性原理，了解牛頓的絕對時空觀
(2)知道狹義相對論的兩個基本原理的內容；知道狹義相對論關于時空相對性的主要結論
(3)關注宇宙的起源和演化的研究進程，了解什么是科學探究和科學思維
(4)初步了解宇宙中包含什么
科學思維 (1)知道在可靠的實驗事實基礎上進行科學推理、合理假設等科學研究方法的重要性
(2)初步了解時間延緩效應和長度收縮效應的主要內容及推理的思維過程
科學態度與責任 (1)通過學習，體會科學理論既具有相對穩定性，又是不斷發展完善的
(2)通過學習，體會在科學研究中不放過絲毫疑惑、嚴謹認真的態度和責任
(3)了解人類對宇宙永不停息的探索歷程，體會科學家進行科學探究的態度和責任
1．填一填
(1)絕對時空觀。
(2)牛頓力學的成就。
牛頓力學把宇宙中的天體和地面上的物體的運動 。
(3)牛頓力學的局限性和適用范圍。
牛頓力學只適用于 (遠小于光速)、 (人類可感知尺度)、弱引力場(如地球附近)和計量精度要求不高的情況，不適用于 、 的情況。
統一起來
低速
宏觀
微觀
高速
2．選一選
下列說法正確的是 (　　)
A．牛頓定律就是經典力學
B．經典力學的基礎是牛頓運動定律
C．牛頓運動定律可以解決自然界中所有的問題
D．經典力學可以解決自然界中所有的問題
解析：經典力學并不等于牛頓運動定律，牛頓運動定律只是經典力學的基礎；經典力學并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個理論可以解決自然界中所有的問題。因此只有B項正確。
答案：B　
1．填一填
(1)狹義相對論的基本假設。
①相對性原理：在所有的慣性參考系中，一切物理規律都是 。
②光速不變原理：在所有的慣性參考系中，測得的真空中的光速都 。
相同的
相同
(4)時空彎曲。
愛因斯坦的廣義相對論認為，由于物質的存在，空間和時間會發生 ，天體之間的引力作用是時空彎曲的結果。
彎曲
2．判一判
(1)時間延緩效應是說時鐘走得慢了。 ( )
(2)長度的收縮效應表明物體真實長度變小。 ( )
(3)時空彎曲是在引力場或慣性系中產生的。 ( )
×
×
×
3．想一想
如圖，一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央的光源發出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁，思考以下兩個問題：
(1)甲圖中，車上的觀察者觀察到閃光是否同時到達前后兩壁。
提示：車上的觀察者以車廂為參考系，閃光同時到達前后兩壁。
(2)乙圖中，車下的觀察者觀測到的結果是怎樣的？
提示：車下的觀察者以地面為參考系，觀察到閃光先到達后壁，后到達前壁。
(1)古代宇宙模型。
①中國古代的“ ”；
②古希臘亞里士多德和托勒密的“ ”；
③哥白尼提出的“ ”。
(2)近現代宇宙模型。
①愛因斯坦“ ”宇宙模型；
②費里德曼提出的 ；
③伽莫夫提出的 ；
④固斯提出的 。
(3)宇宙學的新進展。
①宇宙微波背景輻射；
②暗物質和暗能量。
蓋天說
地心說
日心說
有限無界
動態宇宙模型
大爆炸理論
暴脹理論
[重難釋解]
1．兩個基本原理
(1)相對性原理：所有物理規律在一切慣性參照系中都具有相同的形式。也就是說，物理學定律與慣性系的選擇無關。
(2)光速不變原理：在一切慣性參照系中，測量到的真空中的光速c都一樣。也就是說，不管光源與觀察者的相對運動如何，在任一慣性系中的觀察者所觀測到的真空中的光速都是相等的。
一支靜止時長度為30 m的火箭以3 km/s的速度從觀察者的身邊飛過。
(1)觀察者測得火箭的長度應為多少？
(2)火箭上的人測得火箭的長度應為多少？
(3)如果火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測得火箭的長度應為多少？
(4)火箭內完好的手表走過了1 min，地面上的人認為經過了多少時間？
理解相對論效應的兩點注意
(1)時間延緩效應是一種觀測效應，不是時鐘走快了或走慢了，也不是被觀測過程的節奏變化了。
(2)長度收縮效應也是一種觀測效應，不是物體本身發生了收縮。另外，在垂直于運動方向上不會發生收縮效應。
[素養訓練]
如果飛船以0.75c的速度從你身邊飛過，飛船上的人看飛船上的一個燈亮了10 min，你觀測到這個燈亮的時間約為多少？

展開更多......

收起↑