7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 【帮课堂】2023-2024学年高一物理 同步学与练（ 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 ( 学习目标 ) 课程标准 学习目标 1．知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。 2．初步了解相对论时空观。 3．关注宇宙起源和演化的研究进展。 1、感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。 2、知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3、了解宇宙起源的大爆炸理论，知道科学真理是相对的，未知世界必将在人类不懈的探索中被揭开更多的谜底。 ( 0 2 预习导学 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、两个假设 (1)狭义相对性原理：在不同的 参考系中，一切物理规律都是 的。 (2)光速不变原理： 的光速在不同的 参考系中都是相同的，光速和光源、观测者间的 运动没有关系。 二、两个效应 (1)时间延缓效应：Δt＝ 　(2)长度收缩效应：l＝ 三、质速关系：m＝ （二）即时练习： 【小试牛刀1】如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　) A．同时被照亮 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．无法判断 【小试牛刀2】（多选）对于公式m＝，下列说法中正确的是(　　) A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量 B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用 C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速的速度运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动 D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化 【小试牛刀3】π＋介子是一不稳定粒子，平均寿命是2.60×10－8s(在它自己参考系中测得)． (1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？ (2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？ ( 0 3 题型精讲 ) 【题型一】光速不变原理 【典型例题1】如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　) A．0.4c　　B．0.5c C．0.9c D．c 【典型例题2】关于狭义相对论的说法，不正确的是(　　) A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关 C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系 D．狭义相对论任何情况下都适用 【对点训练1】如图所示，考虑几个问题： (1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？ (2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？ (3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？ 【对点训练2】（多选）设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是 (　　) A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 【题型二】时间延缓效应 【典型例题3】(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(　 ) A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C．地球上的人观测到地球上的钟较快 D．地球上的人观测到地球上的钟较慢 【典型例题4】长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，一艘宇宙飞船的船身长度为l0＝90 m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过。(光速c＝3.0×108 m/s) (1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？ 【对点训练3】下列说法正确的是(　　) A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理 B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率 C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢 D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小 【对点训练4】有两个惯性参考系1和2，彼此相对做匀