資源簡介

課時跟蹤檢測（十五） 相對論時空觀與牛頓力學的局限性
組—重基礎·體現綜合
1．(2024·武漢高一檢測)假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，其內站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車里的人，觀察的結果是(　　)
A．這個人是一個矮身材、胖子身材 B．這個人是一個瘦身材、高身材
C．這個人矮但不胖 D．這個人瘦但不高
解析：選D　取路旁的人為慣性參考系，車上的人相對于路旁的人高速運動，根據長度收縮效應，人在運動方向上將變窄，但在垂直于運動方向上沒有發生變化，所以這個人瘦但不高，故D正確。
2．對于時空觀的認識，下列說法正確的是(　　)
A．相對論給出了物體在低速運動時所遵循的規律
B．相對論具有普遍性，經典物理學為它在低速運動時的特例
C．相對論的出現使經典物理學在自己的適用范圍內不再繼續發揮作用
D．經典物理學建立在實驗的基礎上，它的結論又受到無數次實驗的檢驗，因此在任何情況下都適用
解析：選B　相對論給出了物體在高速運動時所遵循的規律，經典物理學為它在低速運動時的特例，在自己的適用范圍內還將繼續發揮作用。經典物理學有簡捷的優勢。故A、C、D錯誤，B正確。
3．(2023·廣東1月學考)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．(多選)甲在接近光速的火車上看乙手中沿火車前進方向放置的尺子，同時乙在地面上看甲手中沿火車前進方向放置的尺子，則下列說法正確的是(　　)
A．甲看到乙手中的尺子長度比乙看到自己手中的尺子長度大
B．甲看到乙手中的尺子長度比乙看到自己手中的尺子長度小
C．乙看到甲手中的尺子長度比甲看到自己手中的尺子長度大
D．乙看到甲手中的尺子長度比甲看到自己手中的尺子長度小
解析：選BD　對甲來說，他看到自己手中的尺子是靜止的，故長度為公式中的l0，他觀察到乙手中的尺子是運動的，看到的長度相當于公式中的l，由l＝l0，得l＜l0，故甲看到乙手中的尺子長度比乙看到自己手中的尺子長度小，故A錯誤，B正確；同理，乙看到自己手中的尺子是靜止的，長度為l0，他觀察到甲手中的尺子是運動的，看到的長度為l，由l＝l0，得l＜l0，故乙看到甲手中的尺子長度比甲看到自己手中的尺子長度小，故C錯誤，D正確。
5．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．c
解析：選D　由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大小都是相同的，可知D正確。
6．(多選)如圖甲，質子束被加速到接近光速；如圖乙，中子星是質量、密度非常大的星體，下列說法正確的是(　　)
A．經典力學適用于質子束的運動規律
B．經典力學不適用于質子束的運動規律
C．經典力學適用于中子星的引力規律
D．經典力學不適用于中子星的引力規律
解析：選BD　經典力學適用于宏觀、低速物體，不適用于質子束的運動規律，也不適用于中子星的引力規律，故A、C錯誤，B、D正確。
7．有兩個慣性參考系1和2，彼此相對做勻速直線運動，下列敘述正確的是(　　)
A．在參考系1看來，2中的所有物理過程都變快了；在參考系2看來，1中的所有物理過程都變慢了
B．在參考系1看來，2中的所有物理過程都變快了；在參考系2看來，1中的所有物理過程也變快了
C．在參考系1看來，2中的所有物理過程都變慢了；在參考系2看來，1中的所有物理過程都變快了
D．在參考系1看來，2中的所有物理過程都變慢了；在參考系2看來，1中的所有物理過程也變慢了
解析：選D　時間延緩效應與相對運動的方向無關，靜止參考系的時間是固有時間，v為相對運動速度，Δt為觀察系中經歷的時間，Δτ為被觀察的參考系中所經歷的時間，也即固有時間。根據時間延緩效應公式Δt＝ ＞Δτ，在相對某參考系運動的參考系看來，原參考系中的時間變長了，運動就變慢了，故D正確。
8．下列說法中不正確的是(　　)
A．桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，這是經典物理學家的觀點
B．由靜止的人來測，沿自身長度方向運動的桿的長度總比桿靜止時的長度小
C．桿靜止時的長度為l0，不管桿如何運動，桿的長度均小于l0
D．如果兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們分別相對靜止的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了
解析：選C　若桿沿垂直于自身長度的方向運動，它的長度將不變，選項C不正確。
9.如圖所示，在地面上M點固定一光源，在離光源等距的A、B兩點上固定有兩個光接收器，今使光源發出一閃光，問：
(1)在地面參考系中觀測，誰先接收到光信號？
(2)在沿AB方向高速運動的火車參考系中觀測，誰先接收到光信號？
解析：(1)因光源離A、B兩點等距，光向A、B兩點傳播速度相等，所以光到達A、B兩點所需要的時間相等。即在地面參考系中觀測，兩接收器同時接收到光信號。
(2)對于火車參考系來說，光源和A、B兩接收器都沿BA方向運動，當光源發出的光向A、B傳播時，A和B都沿著BA方向運動了一段距離到達A′和B′，如圖所示，所以光到達A′的距離更長，到達B′的距離更短，即在火車參考系中觀測，B比A先接收到光信號。
答案：(1)同時接收到光信號　(2)B先接收到光信號
組—重應用·體現創新
10．(多選)設某人在速度為0.5c的飛船上打開一個光源，則下列說法正確的是(　　)
A．飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5c
B．飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5c
C．在垂直飛船前進方向地面上的觀察者看到這一光速是c
D．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c
解析：選CD　根據狹義相對論的“光速不變原理”可知，真空中的光速在不同的慣性系中都是相同的，因此真空中的光速相對于飛船的速度為c，相對于地面的速度也為c。
11．(多選)對于公式m＝，下列說法中正確的是(　　)
A．式中的m0是物體以速度v運動時的質量
B．當物體的運動速度v>0時，物體的質量為m>m0，即物體質量改變了，故經典力學不再適用，是不正確的
C．當物體以較小的速度運動時，質量變化十分微小，經典力學理論仍然適用，只有當物體以接近光速運動時，質量變化才明顯，故經典力學適用于低速運動，而不適用于高速運動
D．通常由于物體的運動速度太小，故質量的變化引不起我們的感覺，在分析地球上物體的運動時，不必考慮質量的變化
解析：選CD　公式中m0是靜止質量，m是物體以速度v運動時的質量，故A錯誤。由公式可知，只有當v接近光速時，物體的質量變化才明顯，一般情況下物體的質量變化十分微小，經典力學仍然適用，故B錯誤，C、D正確。
12．長度測量與被測物體相對于觀察者的運動有關，一艘宇宙飛船的船身長度為l0＝90 m，相對地面以v＝0.8c的速度在一觀測站的上空飛過。(光速c＝3.0×108 m/s)
(1)觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少？
(2)宇航員測得船身通過觀測站的時間間隔是多少？
解析：(1)觀測站測得船身的長度為
l＝l0＝54 m，
通過觀測站的時間間隔為
Δt＝＝＝2.25×10－7 s。
(2)宇航員測得飛船船身通過觀測站的時間間隔為
法一　Δt′＝＝＝3.75×10－7 s。
法二　Δt′＝＝ s
＝3.75×10－7 s。
答案：(1)2.25×10－7 s　(2)3.75×10－7 s
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共31張PPT)
物理觀念 (1)知道牛頓力學只適用于低速、宏觀物體的運動。
(2)知道相對論、量子力學有助于人類認識高速、微觀領域。
(3)知道愛因斯坦的兩個假設。
(4)知道時間延緩效應和長度收縮效應。
科學思維 (1)了解愛因斯坦兩個假設，知道牛頓力學的局限性。
(2)能對時間延緩效應和長度收縮效應問題進行分析。
科學態度與責任 通過課內與課外閱讀，知道相對論、量子力學和經典力學的關系，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。
5　相對論時空觀與牛頓力學的局限性
核心素養點擊
運動
相同
相同
運動狀態
2．判斷
(1)在不同的慣性系中，光速是不同的。 ( )
(2)由于在任何慣性系中力學規律都是相同的，所以，研究力學問題時可以選擇任何慣性系。 ( )
(3)按照經典時空觀，某一事件的發展過程，在不同的慣性系中觀察，它們的時間間隔是相同的。 ( )
3．想一想
經典時空觀和狹義相對論時空觀中，空間和時間有什么不同？
提示：經典時空觀中空間和時間是絕對的，與物質的運動狀態無關；在狹義相對論時空觀中，空間和時間是相對的，與物質的運動狀態有關。
×
√
√
牛頓運動定律
萬有引力定律
牛頓力學
微觀粒子
波動性
低速
高速
宏觀
微觀
2．判斷
(1)經典力學在任何情況下都適用。 ( )
(2)相對論和量子力學是對經典力學的否定。 ( )
(3)當物體的運動速度接近光速時，經典力學就不再適用了。 ( )
(4)相對論和量子力學的出現，說明經典力學已失去意義。 ( )
3．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正確。
答案：B　
[答案]　(1)100 km　(2)80 km
【素養訓練】
1．1905年愛因斯坦提出了狹義相對論，狹義相對論的出發點是以兩條基本假設為前提的，這兩條基本假設是 (　　)
A．同時的絕對性與同時的相對性
B．運動的時鐘變慢與運動的尺子縮短
C．時間間隔的絕對性與空間距離的絕對性
D．相對性原理與光速不變原理
解析：狹義相對論的兩個基本假設是相對性原理和光速不變原理，故D正確。
答案：D
2．A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB>vC。在地面上的人看來，關于時鐘快慢的說法正確的是 (　　 )
A．B鐘最快，C鐘最慢
B．A鐘最快，C鐘最慢
C．C鐘最快，B鐘最慢
D．A鐘最快，B鐘最慢
解析：根據狹義相對論的時間延緩效應可知，速度越大，鐘走得越慢， 故D正確。
答案：D
3．(多選)A、B兩架飛機沿地面上一足球場的長軸方向在其上空高速飛過，且vA＞vB，對于在飛機上的人觀察結果，下列說法正確的是 (　　)
A．A飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的大
B．A飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的小
C．兩飛機上的人觀察到足球場的長度相同
D．兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同
答案：BD　
牛頓力學(經典力學) 相對論、量子理論
區別 (1)牛頓力學適用于低速運動的物體
(2)牛頓力學適用于宏觀世界
(3)牛頓力學在弱引力的情況下與實驗結果符合得很好 (1)相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規律
(2)量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規律
(3)相對論能夠解釋強引力情況下的作用規律
聯系 (1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與牛頓物理學的結論沒有區別
(2)當另一個重要常數即普朗克常量可以忽略不計時，量子力學和牛頓力學的結論沒有區別
(3)相對論和量子力學并沒有否定牛頓力學，牛頓力學是二者在一定條件下的特殊情形
2. 牛頓力學與相對論、量子理論的比較
典例3　關于經典力學、狹義相對論和量子力學，下列說法中正確的是 (　　)
A．狹義相對論和經典力學是相互對立、互不相容的兩種理論
B．經典力學包含于相對論之中，經典力學是相對論的特例
C．經典力學只適用于宏觀物體的運動，量子力學只適用于微觀粒子的運動
D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和量子力學都是適用的
[解析]　相對論沒有否定經典力學，經典力學是相對論在一定條件下的特殊情形，故A錯誤，B正確。經典力學適用于宏觀、低速、弱引力的領域，故C、D錯誤。
[答案]　B
【素養訓練】
4．(多選)以下說法正確的是 (　　)
A．經典力學理論普遍適用，大到天體，小到微觀粒子均適用
B．經典力學理論具有一定的局限性
C．在經典力學中，物體的質量不隨運動狀態改變而改變
D．相對論和量子力學否定了經典力學理論
解析：經典力學理論具有一定的局限性，它只適用于低速、宏觀物體的運動，故A錯誤，B正確；在經典力學中，物體的質量不隨運動狀態的改變而改變，即物體的質量和物體運動的速度無關，故C正確；相對論和量子力學并沒有否定過去的科學，而是認為經典力學理論是在一定條件下的特殊情形，故D錯誤。
答案：BC　
5．經典力學只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指 (　　)
A．行星、恒星、星系等巨大的物質領域
B．地球表面上的物質世界
C．人眼能看到的物質世界
D．不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質世界
解析：前三個選項說的當然都屬于“宏觀世界”，但都很片面，沒有全面描述，本題應選D。
答案：D　
6．關于經典時空觀和相對論時空觀，下列說法錯誤的是 (　　 )
A．經典時空觀認為時間和空間是獨立于物體及其運動而存在的
B．相對論時空觀認為時間和空間與物體及其運動有關系
C．經典力學只適用于宏觀、低速運動問題，不適用于微觀、高速運動問題
D．當物體的運動速度遠小于光速時，相對論和經典力學的結論仍有很大的區別
解析：經典時空觀認為時間和空間是獨立于物體及其運動而存在的，而相對論時空觀認為時間和空間與物體及其運動有關系，故A、B正確。經典力學只適用于宏觀、低速運動問題，不適用于微觀、高速運動問題，故C正確。當物體的運動速度遠小于光速時，相對論和經典力學的結論沒有區別，故D錯誤。
答案：D　
答案：ABC　
答案：B　
答案：BCD　

展開更多......

收起↑