7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-2022-2023学年高一物理下学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第二册）

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 基础知识梳理 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. 典型例题分析 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 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．质量是的火车出站后做加速运动，速度达到 B．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．a B．b C．c D．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