2024届高考物理一轮复习讲义：7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 一、经典的相对论原理 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等于光速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，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“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. 二.相对论时空观 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Δt＞Δτ，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”或“无关”) 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＝l0. (2)l与l0的关系总有l＜l0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无关”或“有关”) （3）垂直于速度方向，不发生长度收缩效应。 二、牛顿力学的成就与局限性 1.牛顿力学的成就： 牛顿力学的基础是牛顿运动定律，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低速运动的宏观物体. (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不能用牛顿力学来说明. （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. 高中物理一轮复习 页 2 学科网（北京）股份有限公司 题型一.经典力学的局限性 经典例题 典例1 牛顿运动定律适用于（　　） A．宏观物体的高速运动 B．宏观物体的低速运动 C．微观粒子的高速运动 D．微观粒子的低速运动 典例2 在下列运动中，牛顿运动定律可能不适用的是（　　） A．电子绕原子核运动 B．篮球被投出后在空中飞行 C．超音速飞机在高空飞行 D．地球绕太阳运动 典例3 20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释。经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。这说明（　　） A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论 B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的 C．不同领域的事物各有其本质与规律 D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律 下列服从经典力学规律的是 （　　） A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动 B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船 C．物体运动的速率接近于真空中的光速 D．地壳的变动 题型二相对论与时空观 经典例题 典例1 下列说法正确的是（　　） A．狭义相对论表明物体运动时的质量总小于静止时的质量 B．不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者测得的光速是不变的 C．飞机远离卫星时，卫星接收到飞机的信号频率大于飞机发出的信号频率 D．“和谐号”动车组高速行驶时，地面上测得其车厢长度将明显变短 典例2 按照相对论的时空观，下列说法正确的是（　　） A．时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的 B．在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的 C．运动物体的长度跟物体的运动快慢无关 D．在高速运动的飞机上，原子钟的计时会变快 典例3 如图所示，两艘飞船A，B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为（接近光速）。地面上测得它们相距为，根据相对论时空观，则A测得两飞船间的距离（　　） A．大于 B．等于 C．小于 D．与无关 巩固提升 巩固1 爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首先提出狭义相对论。根据狭义相对论，下列说法正确的是（　　） A．真空中的光速在不同惯性参考系中是不相同的 B．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变短 C．质量的测量结果与物体相对观察者的相对运动状态无关 D．狭义相对论彻底推翻了牛顿的经典物理学 巩固2 如下图所示，惯性系S中有一边长为l的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（　　） A． B． C． D． 巩固3 如图所示，a、b、c