7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（知识解读）-2023-2024学年高中物理同步知识点解读与专题训练（2019人教版必修第二册）

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（知识解读）（原卷版） •知识点1 相对论时空观 •知识点2 牛顿力学的局限性 •知识点3 宇宙起源与恒星的演化 •作业 巩固训练 知识点1 相对论时空观 1．狭义相对论的两个基本假设 （1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。  2．时间和空间的相对性 （1）“同时”的相对性：同时是相对的，与参考系的运动有关。 （2）时间间隔的相对性：。 （3）长度的相对性：。 3．相对论的三个结论 （1）相对论的速度变换公式。 （2）相对论质量。 【典例1-1】在狭义相对论中，下列说法中正确的是（　　） A．经典物理学可视为相对论在低速运动时的特例 B．真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的 C．在高速运动情况下，惯性参考系中的物理规律不一定相同 D．狭义相对论全面否定了经典物理学 【典例1-2】（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（　　） A．牛顿首先发现了万有引力定律 B．卡文迪什第一个测出了引力常量，也成为了第一个测出地球质量的人 C．相对论的创立表明牛顿力学已不再适用 D．相对论时空观把物理学推到更高领域 【典例1-3】（1）为了提高定位精度，卫星定位系统的时钟需要精确同步。导航卫星在高空绕地球高速运动，根据狭义相对论，卫星里的时钟要比静止在地面的时钟走得 ；而根据广义相对论，地面的引力场强于卫星所处位置的引力场，所以卫星里的时钟要比静止在地面的时钟走得 。（选填“快”或“慢”） （2）除（1）中的相对论效应外，请再各举例一个效应：①由于狭义相对论引起： ，②由于广义相对论引起： 。 【典例1-4】根据狭义相对论，当物体以速度v运动时，它的质量m大于静止时的质量m0，两者的关系为。处理问题时若仍然使用m0的数值，便会发生一定的误差。问：当物体的速度v达到多大时，m相对m0才会有1%的误差？ 【变式1-1】你现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对你以0.3c的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间（　　） A．大于100分钟 B．等于100分钟 C．小于100分钟 【变式1-2】（多选）下列选项中，属于狭义相对论基本假设的有：（　　） A．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的 B．在不同的惯性参考系中，真空中的光速大小都是相同的 C．运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体的运动状态有关 D．运动物体的质量随着速度的增加而增大 【变式1-3】如图所示，在未来某年A乘坐速度为0.8c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的B，B的飞行速度为0.6c，A向B发出一束光进行联络，则B观测到该光束的传播速度为 ，A观测到该光束的传播速度为 。    【变式1-4】一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动。此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同。求电子相对于实验室参考系的速度。 知识点2 牛顿力学的局限性 1、牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到天体的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从牛顿力学的规律。 2、牛顿力学的局限性：牛顿力学对于高速运动的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。 3、量子力学的建立能够很好地描述宏观低速运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 4、相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。 【典例2-1】牛顿定律的适用范围是（　　） A．微观物体、低速运动 B．宏观物体、低速运动 C．宏观物体、高速运动 D．微观物体、高速运动 【典例2-2】（多选）以下说法正确的是(　　) A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B．牛顿力学理论具有一定的局限性 C．在牛顿力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变 D．相对论和量子力学否定了牛顿力学理论 【典例2-3】从微观世界到无限宇宙，人们一直在探索着自然的奥秘1897年，物理学家汤姆孙发现了电子、揭示了 是可分的。物理学家 在前人的研究积累上。发现日月星辰的旋转与苹果下落有着某些相似，建立了著名的万有引力定律。 【典例2-4】牛顿力学的局限性体现在哪些方面？ 【变式2-1】下列情况中，牛顿运动定律不适用的是