資源簡(jiǎn)介

第七章　5
課后知能作業(yè)
基礎(chǔ)鞏固練
1．下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( 　 )
A．萬(wàn)有引力可以用狹義相對(duì)論做出正確的解釋
B．電磁力可以用狹義相對(duì)論做出正確的解釋
C．狹義相對(duì)論是慣性參考系之間的理論
D．萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論的框架
解析：狹義相對(duì)論認(rèn)為電磁相互作用的傳播速度c是自然界中速度的極限，而星球的運(yùn)動(dòng)不能夠超過(guò)光速影響到遠(yuǎn)處的另一個(gè)星球，所以電磁力可以用狹義相對(duì)論做出正確的解釋?zhuān)f(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、D正確；狹義相對(duì)論是慣性參考系之間的理論，故選項(xiàng)C正確。故選A。
2．在引力可以忽略的空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，一束光垂直于運(yùn)動(dòng)方向在飛船內(nèi)傳播，下列說(shuō)法中正確的是( 　 )
①船外靜止的觀察者看到這束光是沿直線傳播的
②船外靜止的觀察者看到這束光是沿曲線傳播的
③航天員以飛船為參考系看到這束光是沿直線傳播的
④航天員以飛船為參考系看到這束光是沿曲線傳播的
A．①② B.③④
C．②③ D.①④
解析：在慣性參考系中，光是沿直線傳播的，故①正確，②錯(cuò)誤；而在非慣性參考系中，因?yàn)橛邢鄬?duì)加速度，光將沿曲線傳播，④正確，③錯(cuò)誤。故選D。
3．一枚靜止時(shí)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的火箭以接近光速的速度從觀察者身邊掠過(guò)，觀察者觀測(cè)到火箭的長(zhǎng)度( 　 )
A．小于L B.大于L
C．等于L D.大于或等于L
解析：據(jù)相對(duì)論的“尺縮效應(yīng)”可知，觀察者觀測(cè)到火箭的長(zhǎng)度小于L。故選A。
4．下列說(shuō)法不符合物理學(xué)史的是( 　 )
A．英國(guó)物理學(xué)家卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)幾個(gè)鉛球之間萬(wàn)有引力的測(cè)量，得出了引力常量G的數(shù)值
B．牛頓對(duì)引力常量G進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，并于1687年發(fā)表在其傳世之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中
C．20世紀(jì)初建立的量子力學(xué)理論，使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)理論一般不適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
D．開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是開(kāi)普勒在其導(dǎo)師第谷留下的觀測(cè)記錄的基礎(chǔ)上整理和研究出來(lái)的
解析：牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律，于1687年發(fā)表在其傳世之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)幾個(gè)鉛球之間萬(wàn)有引力的測(cè)量，得出了引力常量G的數(shù)值，故A符合物理學(xué)史，B不符合物理學(xué)史；20世紀(jì)的20年代建立了量子力學(xué)理論，它使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)理論一般不適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，故C符合物理學(xué)史；開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是開(kāi)普勒在其導(dǎo)師第谷留下的觀測(cè)記錄的基礎(chǔ)上整理和研究而來(lái)的，故D符合物理學(xué)史。故選B。
5．以高速列車(chē)為例(如圖所示)，假定車(chē)廂安裝著一個(gè)墨水罐，它每隔一定時(shí)間滴出一滴墨水，車(chē)上的人測(cè)得，墨水在t1′、t2′兩個(gè)時(shí)刻在地面形成P、Q兩個(gè)墨點(diǎn)，也就是說(shuō)發(fā)生了兩個(gè)事件，車(chē)上的人認(rèn)為兩個(gè)事件的時(shí)間間隔是Δτ＝t2′－t1′，地面觀察者測(cè)得的時(shí)間間隔為Δt＝t2－t1，則Δτ與Δt的關(guān)系是( 　 )
A．Δτ>Δt B.Δτ<Δt
C．Δτ＝Δt D.無(wú)法確定
解析：根據(jù)時(shí)間的相對(duì)性Δt＝，且1－2<1，所以Δt>Δτ，故選B。
6．假設(shè)地面上有一列火車(chē)以接近光速的速度運(yùn)行，其內(nèi)站立著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀察車(chē)?yán)锏娜耍^察的結(jié)果是( 　 )
A．這個(gè)人身體變高 B.這個(gè)人身體變矮
C．這個(gè)人身體變胖 D.這個(gè)人身體變瘦
解析：由公式l＝l0可知，在運(yùn)動(dòng)方向上，人的寬度要減小，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，人的高度不變。故選D。
能力提升練
7．用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( 　 )
A．時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變
B．在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的
C．在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄，而飛船中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些
D．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度v c時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)
解析：按照相對(duì)論的觀點(diǎn)，時(shí)間和空間都是相對(duì)的，故A錯(cuò)誤；由Δt＝可知，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了，但飛船中的時(shí)鐘相對(duì)宇航員靜止，時(shí)鐘準(zhǔn)確，故B正確；由l＝l0可知，地面上的人看飛船和飛船上的人看地面上的人都沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度減小，故C正確；當(dāng)v c時(shí)，時(shí)間變化和長(zhǎng)度變化效果可忽略不計(jì)，故D正確。故選A。
8．將一根長(zhǎng)木棒沿著火車(chē)行駛的方向平放在車(chē)廂內(nèi)。一個(gè)站在站臺(tái)上的人，測(cè)量該木棒的長(zhǎng)度，正確的是( 　 )
A．火車(chē)速度v＝0.5c時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度小于火車(chē)速度v＝0.2c時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度
B．火車(chē)速度v＝0.5c時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度等于火車(chē)速度v＝0.2c時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度
C．火車(chē)速度v＝0.9c時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度大于火車(chē)速度v＝0時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度
D．火車(chē)速度v＝0.5c時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度等于火車(chē)速度v＝0時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度
解析：根據(jù)相對(duì)論公式l＝l0可知，火車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度v越大，所測(cè)長(zhǎng)木棒的長(zhǎng)度越小。故選A。
9．(多選)1970年成功發(fā)射的“東方紅一號(hào)”是我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星，該衛(wèi)星至今仍沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)。如圖所示，設(shè)衛(wèi)星在近地點(diǎn)、遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度分別為v1、v2，近地點(diǎn)到地心的距離為r，地球質(zhì)量為M，引力常量為G。則( 　 )
A．v1>v2，v1＝
B．v1>v2，v1>
C．地面上的觀察者觀察到飛船上的鐘在近地點(diǎn)比在遠(yuǎn)地點(diǎn)走得更慢
D．根據(jù)相對(duì)論，飛船中的觀察者發(fā)現(xiàn)靜止于地面的鐘走快了
解析：根據(jù)開(kāi)普勒第二定律可知，從遠(yuǎn)地點(diǎn)到近地點(diǎn)衛(wèi)星做加速運(yùn)動(dòng)，而近地點(diǎn)到遠(yuǎn)地點(diǎn)，衛(wèi)星做減速運(yùn)動(dòng)，所以近地點(diǎn)的速度大于遠(yuǎn)地點(diǎn)的即v1＞v2，若衛(wèi)星繞地心做軌道半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度大小為，將衛(wèi)星從半徑為r的圓軌道變軌到圖示的橢圓軌道，必須在近地點(diǎn)加速，所以有v1＞，故B正確，A錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，得到運(yùn)動(dòng)延遲的效應(yīng)，故地面上的觀察者觀察到飛船上的鐘在近地點(diǎn)比在遠(yuǎn)地點(diǎn)走得更慢，C正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，得到運(yùn)動(dòng)延遲的效應(yīng)，飛船中的觀察者發(fā)現(xiàn)靜止于地面的鐘走慢了，故D錯(cuò)誤。故選BC。
10．(多選)如圖所示，假設(shè)一根10 cm長(zhǎng)的梭鏢以接近光速穿過(guò)一根10 cm長(zhǎng)靜止的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的。下列說(shuō)法正確的是( 　 )
A．靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個(gè)位置，管子能完全遮住梭鏢
B．靜止的觀察者看到梭鏢變長(zhǎng)，因此在某個(gè)位置，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái)
C．靜止的觀察者看到兩者的收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子仍恰好遮住梭鏢
D．相對(duì)梭鏢靜止的觀察者看到管子變短，在某個(gè)位置，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái)
解析：根據(jù)狹義相對(duì)論的尺縮效應(yīng)，如果梭鏢相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)，那么梭鏢收縮變短，而管子長(zhǎng)度不變，因此在某個(gè)位置，管子能完全遮住梭鏢，選項(xiàng)A正確，B、C錯(cuò)誤；管子相對(duì)梭鏢高速運(yùn)動(dòng)，由尺縮效應(yīng)可知相對(duì)梭鏢靜止的觀察者看到管子變短，在某個(gè)位置，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái)，選項(xiàng)D正確。故選AD。
11．(多選)μ子是自然界的基本粒子之一，它平均壽命很短容易發(fā)生衰變。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)μ子以0.99c甚至更高的速度飛向地球，根據(jù)經(jīng)典理論計(jì)算出每秒到達(dá)地球的μ子數(shù)小于實(shí)際觀察到的μ子數(shù)。這一現(xiàn)象與經(jīng)典理論產(chǎn)生了矛盾，用相對(duì)論時(shí)空觀可以得到很好的解釋?zhuān)@也成為相對(duì)論時(shí)空觀的最早證據(jù)。相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為：如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝，已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0 μs。下列說(shuō)法正確的是( 　 )
A．當(dāng)μ子以0.99c飛行，選擇此μ子作為參考系，則μ子的平均壽命大于3.0 μs
B．當(dāng)μ子以0.99c飛行，以地面為參考系，則μ子的平均壽命大于3.0 μs
C．對(duì)地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，μ子平均飛行的距離大約為900 m
D．對(duì)地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，μ子平均飛行的距離大約為6 300 m
解析：當(dāng)μ子以0.99c飛行，選擇此μ子作為參考系，由狹義相對(duì)論可知，則μ子的平均壽命不變，A錯(cuò)誤；當(dāng)μ子以0.99c飛行，以地面為參考系，Δτ＝3.0 μs，由狹義相對(duì)論Δt＝，由于<1，可知μ子的平均壽命大于3.0 μs，B正確；對(duì)地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，由Δt＝可得Δt＝ s≈21.28×10－6 s，則有s＝0.99×3.0×108×21.28×10－6 m≈6 320 m，C錯(cuò)誤，D正確。故選BD。
12．一支靜止時(shí)30 m的火箭以3 km/s的速度從觀察者的身邊飛過(guò)。
(1)火箭上的人測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為多少？
(2)觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為多少？
(3)如果火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為多少？
(4)火箭內(nèi)完好的手表走過(guò)了1 min，地面上的人認(rèn)為經(jīng)過(guò)了多少時(shí)間？
答案：(1)30 m　(2)約30 m　(3)約26 m　(4)約1 min
解析：(1)火箭上的人相對(duì)火箭永遠(yuǎn)是靜止的，無(wú)論火箭速度是多少，火箭上的人測(cè)得火箭長(zhǎng)與靜止時(shí)測(cè)得的火箭的長(zhǎng)均是l＝30 m。
(2)而火箭外面的觀察者看火箭時(shí)，有相對(duì)速度v，則它的測(cè)量值要縮短，即l′當(dāng)v＝3×103 m/s時(shí)
l′＝30× m≈30 m。
(3)當(dāng)v＝時(shí)，l′≈26 m。
(4)火箭上時(shí)間Δt′＝1 min，
火箭的速度v＝3 km/s，所以地面上觀測(cè)到的時(shí)間
Δt＝＝ min≈1 min。
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第七章　萬(wàn)有引力與宇宙航行
5．相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性
核心素養(yǎng) 考試重點(diǎn)
物理觀念 了解相對(duì)論—量子論的建立對(duì)人類(lèi)深入認(rèn)識(shí)客觀世界的作用，知道物理學(xué)改變?nèi)藗兪澜缬^的作用。 1.對(duì)低速與高速和相對(duì)論的兩個(gè)效應(yīng)了解。
2．對(duì)“時(shí)間”的相對(duì)性和
“長(zhǎng)度”的相對(duì)性的了解。
3．了解牛頓力學(xué)的成就與局限性。
科學(xué)思維 經(jīng)歷科學(xué)家建立相對(duì)論和量子論的思維探索過(guò)程，認(rèn)識(shí)科學(xué)思維的意義。
科學(xué)探究 通過(guò)閱讀課文體會(huì)一切科學(xué)都有自己的局限性，新的理論會(huì)不斷完善和補(bǔ)充舊的理論，人類(lèi)對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是無(wú)止境的。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 通過(guò)對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無(wú)窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神。
探究點(diǎn)1　相對(duì)論時(shí)空觀
●新知導(dǎo)學(xué)
情境：設(shè)想人類(lèi)可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光。
探究：該星球上的觀察者測(cè)量到的激光的速度是多少？
?[提示]
[提示]
實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！
生活經(jīng)驗(yàn)讓我們體會(huì)到，時(shí)間像一條看不見(jiàn)的“長(zhǎng)河”，均勻地自行流逝著，空間像一個(gè)廣闊無(wú)邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。
我們知道，若河中的水以相對(duì)于岸的速度v水岸流動(dòng)，河中的船以相對(duì)于水的速度v船水順流而下，則船相對(duì)于岸的速度為v船岸＝v船水＋ v水岸。
因此，前面問(wèn)題的答案似乎應(yīng)為1.2c。然而，事實(shí)并非如此！
19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c。人們自然要問(wèn)：這個(gè)速度是相對(duì)哪個(gè)參考系而言的？一些物理學(xué)家對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)研究中，1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符。
●基礎(chǔ)梳理
相對(duì)論時(shí)空觀
1．19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了_________的存在，并證明電磁波的傳播速度等于_________。
2．1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是_______的。
3．愛(ài)因斯坦假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是_______的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是_______的。
電磁波
光速c
一樣
相同
相同
6．相對(duì)論時(shí)空觀：運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)和物理過(guò)程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的___________有關(guān)。
收縮效應(yīng)
運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
●重難解讀
低速與高速
1．低速：通常所見(jiàn)物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車(chē)、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運(yùn)動(dòng)物體。這里的“低速”與“高速”是與真空中光速相比較而言的，和我們平時(shí)說(shuō)的低速、高速含義不同。
2．高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。由于宏觀物體的速度很難達(dá)到接近光速的程度，因此平時(shí)宏觀物體在運(yùn)動(dòng)中的相對(duì)論效應(yīng)不明顯。
類(lèi)型一：時(shí)間延緩效應(yīng)
典題1：如圖所示，a、b、c為三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且vb大于vc，則地面上的觀察者認(rèn)為走得最慢的鐘為( 　 )
A.a　　　　　　　 B.b　　　　　　　
C.c　　　　　　　 D.無(wú)法確定
思維點(diǎn)撥：Δt與Δτ的關(guān)系總有Δt＞Δτ，即物理過(guò)程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。
?[規(guī)律方法]
[規(guī)律方法]
(1)“同時(shí)”的相對(duì)性
①經(jīng)典的時(shí)空觀：在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是相同的。
②相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)”具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察不一定同時(shí)。
(2)對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)的物體，相對(duì)論效應(yīng)可以忽略不計(jì)，一般用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來(lái)處理；對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)典力學(xué)不再適用，需要用相對(duì)論知識(shí)來(lái)處理。
跟蹤訓(xùn)練1：遠(yuǎn)方的一顆星以0.8c的速度離開(kāi)地球，測(cè)得它輻射出來(lái)的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測(cè)其閃光周期為多大？
答案：3(晝夜)
類(lèi)型二：長(zhǎng)度收縮效應(yīng)
典題2：地面上長(zhǎng)100 km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30 km/s的速度掠過(guò)，則火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少？如果火箭的速度達(dá)到0.6c，則火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少？
思維點(diǎn)撥：l與l0的關(guān)系總有l(wèi)＜l0，即運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。
答案：100 km　80 km
?[規(guī)律方法]
[規(guī)律方法]
(1)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向不發(fā)生長(zhǎng)度收縮效應(yīng)現(xiàn)象。
(2)我們平常觀察不到這種長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，是因?yàn)槲覀兩钤诒裙馑俚偷枚嗟牡退偈澜缋铮L(zhǎng)度收縮效應(yīng)極不明顯，即使運(yùn)動(dòng)物體的速度達(dá)到v＝30 000 km/s (即0.1c)，長(zhǎng)度收縮效應(yīng)也只不過(guò)是5%，因此，在低速運(yùn)動(dòng)中，v c，l≈l0，長(zhǎng)度收縮效應(yīng)可忽略不計(jì)。
跟蹤訓(xùn)練2：話說(shuō)有兄弟兩個(gè)，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開(kāi)地球去遨游太空，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多，則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是( 　 )
A．哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長(zhǎng)了
B．弟弟思念哥哥而加速生長(zhǎng)了
C．由相對(duì)論可知，物體速度越大，在其上時(shí)間進(jìn)程就越慢，生理過(guò)程也越慢
D．這是神話，科學(xué)無(wú)法解釋
解析：根據(jù)相對(duì)論的時(shí)間延緩效應(yīng)，當(dāng)飛船速度接近光速時(shí)，時(shí)間會(huì)變慢，時(shí)間延緩效應(yīng)對(duì)生命過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)等也是成立的。飛船運(yùn)行的速度越大，時(shí)間延緩效應(yīng)越明顯，人體新陳代謝越緩慢。故選C。
?[思考]
[思考]已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0 μs。當(dāng)μ子以0.99c的速度飛行，若選擇μ子為 參考系，此時(shí)μ子的平均壽命是多少？對(duì)于地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，平均壽命又是多少？
探究點(diǎn)2　牛頓力學(xué)的成就與局限性
●新知導(dǎo)學(xué)
情境：如圖所示，質(zhì)子束被加速到接近光速。
探究：牛頓力學(xué)適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律嗎？
?[提示]
[提示]
不適用。
●基礎(chǔ)梳理
牛頓力學(xué)的成就與局限性
1．牛頓力學(xué)的成就
牛頓力學(xué)在日常生活領(lǐng)域里與實(shí)際相符合，在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力。
2．牛頓力學(xué)的局限性
(1)牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)。對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，一般用牛頓力學(xué)來(lái)處理；對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，需要用相對(duì)論知識(shí)來(lái)處理。
(2)牛頓力學(xué)只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。在微觀世界，電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)知識(shí)來(lái)說(shuō)明。而量子力學(xué)能很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
[判斷正誤]
(1)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘顯示的時(shí)間變慢，高速飛行的μ子的壽命變長(zhǎng)。( )
(2)沿著桿的方向，相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)的桿的長(zhǎng)度變短。( )
(3)牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速(遠(yuǎn)小于光速)運(yùn)動(dòng)的物體。( )
(4)相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，表明牛頓力學(xué)已被完全否定了。( )
(5)當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不適用了。( )
(6)對(duì)于質(zhì)子、電子的運(yùn)動(dòng)情況，經(jīng)典力學(xué)同樣適用。( )
(7)牛頓力學(xué)在理論和實(shí)踐上取得了巨大的成功，從地面到天體的運(yùn)動(dòng)都服從牛頓力學(xué)的規(guī)律，因此任何情況下都適用。( )
√
√
√
×
√
×
×
●重難解讀
一、經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論的區(qū)別與聯(lián)系
1．區(qū)別
比較項(xiàng) 經(jīng)典力學(xué) 相對(duì)論
形成時(shí)期 物理學(xué)形成的初期階段，受歷史發(fā)展限制，理論較膚淺、片面 形成于物理學(xué)充分發(fā)展的現(xiàn)代，理論較完善、科學(xué)
適用范圍 低速運(yùn)動(dòng)，宏觀世界，弱引力作用 任何情況都適用
速度對(duì)質(zhì)
量的影響 物體的質(zhì)量不隨其速度的變化而變化 物體的質(zhì)量隨其速度的增加而增大
速度的合成 時(shí)間與空間互不相干 速度與位移、時(shí)間的測(cè)量有關(guān)
2.聯(lián)系
(1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。
(2)相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形。
二、對(duì)相對(duì)論的理解
1．兩個(gè)基本原理
(1)相對(duì)性原理：所有物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式，表明在任何慣性系中研究某個(gè)物體的某一運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律形式不變。
(2)光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性參考系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣，表明了經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的不同。
類(lèi)型一：牛頓力學(xué)的成就
典題3：下列物理情境中，經(jīng)典的牛頓力學(xué)不再適用的是( 　 )
A．電子以接近光的速度運(yùn)動(dòng)
B．射擊場(chǎng)上，從槍膛射出的子彈
C．在武漢大學(xué)校園觀賞櫻花的游客
D．體育課上，被小明同學(xué)拋出的籃球
思維點(diǎn)撥：先看看是宏觀問(wèn)題還是微觀問(wèn)題，是低速還是高速，再選擇原理分析。
解析：經(jīng)典的牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速(遠(yuǎn)小于光速)運(yùn)動(dòng)的物體，可知經(jīng)典的牛頓力學(xué)不再適用的是：電子以接近光的速度運(yùn)動(dòng)。經(jīng)典的牛頓力學(xué)適用的是：射擊場(chǎng)上，從槍膛射出的子彈；在武漢大學(xué)校園觀賞櫻花的游客；體育課上，被小明同學(xué)拋出的籃球。故選A。
?[規(guī)律方法]
[規(guī)律方法]
牛頓力學(xué)的成就：從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械，從自行車(chē)到汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)都服從牛頓力學(xué)的規(guī)律。牛頓力學(xué)在如此廣闊的領(lǐng)域里與實(shí)際相符合，顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力。
跟蹤訓(xùn)練3：關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的建立，下列說(shuō)法中不正確的是( 　 )
A．標(biāo)志著近代自然科學(xué)的誕生
B．實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的第一次理論大綜合
C．確立了一切自然科學(xué)理論應(yīng)有的基本特征
D．成為量子力學(xué)的基礎(chǔ)
解析：經(jīng)典力學(xué)實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的第一次理論大綜合，并提出了一切自然科學(xué)理論應(yīng)有的基本特征，形成了由實(shí)驗(yàn)到數(shù)學(xué)推導(dǎo)這種行之有效的研究方法。經(jīng)典力學(xué)的建立標(biāo)志著近代自然科學(xué)的誕生，故A、B、C正確；經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，而量子力學(xué)屬于微觀高速物體的基本規(guī)律，故D錯(cuò)誤。故選D。
類(lèi)型二：牛頓力學(xué)的局限性
典題4：關(guān)于牛頓經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論，下列說(shuō)法中正確的是( 　 )
A．相對(duì)論徹底否定了牛頓力學(xué)
B．在相對(duì)論中，運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘慢
C．牛頓力學(xué)能應(yīng)用于接近光速運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題
D．牛頓力學(xué)能應(yīng)用于分子、原子和原子核等的微觀領(lǐng)域
思維點(diǎn)撥：先看看是宏觀問(wèn)題還是微觀問(wèn)題，是低速還是高速，再選擇原理分析。
解析：相對(duì)論沒(méi)有否定牛頓力學(xué)，是對(duì)牛頓力學(xué)的補(bǔ)充，故A錯(cuò)誤；在相對(duì)論中，運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘慢，故B正確；牛頓力學(xué)適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體，對(duì)微觀高速運(yùn)動(dòng)的粒子不適用，故C、D錯(cuò)誤。故選B。
?[規(guī)律方法]
[規(guī)律方法]
牛頓力學(xué)的局限性：牛頓力學(xué)只適用于宏觀世界低速運(yùn)動(dòng)的物體，不能描述微觀世界粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，需要利用相對(duì)論來(lái)闡述其運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能用牛頓力學(xué)來(lái)描述，需要利用量子力學(xué)規(guī)律來(lái)進(jìn)行描述。
當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。
當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。
相對(duì)論和量子力學(xué)并沒(méi)有否定牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是二者在一定條件下的特殊情形。
跟蹤訓(xùn)練4：對(duì)于時(shí)空觀的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是( 　 )
A．相對(duì)論給出了物體在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律
B．相對(duì)論具有普遍性，經(jīng)典物理學(xué)為它在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的特例
C．相對(duì)論的出現(xiàn)使經(jīng)典物理學(xué)在自己的適用范圍內(nèi)不再繼續(xù)發(fā)揮作用
D．經(jīng)典物理學(xué)建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，它的結(jié)論又受到無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，因此在任何情況下都適用
解析：相對(duì)論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律，經(jīng)典物理學(xué)為它在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的特例，在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用，A、C、D錯(cuò)誤，B正確。故選B。
素養(yǎng)能力提升
拓展整合 啟智培優(yōu)
經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀比較如下
經(jīng)典時(shí)空觀 相對(duì)論時(shí)空觀
運(yùn)動(dòng)情況 同一運(yùn)動(dòng)對(duì)不同參考系描述結(jié)果不同，即速度不同 光在一切慣性參考系中傳向各個(gè)方向的速度不變
時(shí)間與空
間的關(guān)系 時(shí)間均勻流逝，空間不變化，與運(yùn)動(dòng)情況及外部條件無(wú)關(guān) 時(shí)間、空間都隨運(yùn)動(dòng)情況而改變
幾個(gè)結(jié)論 ①同時(shí)的絕對(duì)性
②時(shí)間間隔的絕對(duì)性
③空間距離的絕對(duì)性
④物體的質(zhì)量恒定不變 ①同時(shí)的相對(duì)性
②運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢
③運(yùn)動(dòng)的尺子縮短
④物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大
課堂效果反饋
內(nèi)化知識(shí) 對(duì)點(diǎn)驗(yàn)收
1．絕對(duì)真理是不存在的，物理規(guī)律總是在一定的范圍內(nèi)成立。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍是( 　 )
A．宏觀物體的運(yùn)動(dòng)
B．微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
C．宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)
D．微觀粒子的低速運(yùn)動(dòng)
解析：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍是宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)，不適用微觀粒子的高速運(yùn)動(dòng)。故選C。
2．(多選)關(guān)于牛頓力學(xué)理論，下列說(shuō)法正確的是( 　 )
A．牛頓力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)
B．牛頓力學(xué)的理論體系是經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家長(zhǎng)期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來(lái)的
C．牛頓力學(xué)具有豐富的理論成果，也建立了驗(yàn)證科學(xué)的方法體系
D．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度很大(v→c)時(shí)，牛頓力學(xué)理論所得的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合
解析：牛頓力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，A正確；牛頓力學(xué)的理論體系是經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家長(zhǎng)期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來(lái)的，B正確；牛頓力學(xué)具有豐富的理論成果，也建立了驗(yàn)證科學(xué)的方法體系，C正確；當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度很大(v→c)時(shí)，牛頓力學(xué)理論所得的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間出現(xiàn)了較大的偏差，D錯(cuò)誤。故選ABC。
3．某星際飛船正在遙遠(yuǎn)的外太空飛行，假如它的速度可以達(dá)到0.7c，在地球上觀測(cè)到其經(jīng)過(guò)8.76×104 h的時(shí)間到達(dá)某星球，則在飛船上的人看來(lái)，其到達(dá)此星球需要的時(shí)間是( 　 )
A．8.76×104 h B.6.26×104 h
C．12.27×104 h D.16.52×104 h
4．(多選)一枚火箭靜止于地面時(shí)長(zhǎng)為30 m，兩個(gè)完全相同的時(shí)鐘分別放在火箭內(nèi)和地面上。火箭以速度v飛行，光速為c，下列判斷正確的是( 　 )
A．若v＝0.5c，則火箭上的觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度仍為30 m
B．若v＝0.5c，則地面上的觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度仍為30 m
C．若v＝0.5c，則火箭上的觀察者認(rèn)為地面上的時(shí)鐘走得快
D．若v＝0.5c，則地面上的觀察者認(rèn)為火箭上的時(shí)鐘走得慢

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