课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-【帮课堂】2024-2025学年高一物理同步学与练（人教版2019必修第二册）

第七章 万有引力与宇宙航行 课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 目 录 01 学习目标 02 知识梳理 知识点一、相对论时空观 2 知识点二、牛顿力学的成就与局限性 3 03 问题探究 问题一：相对时空观 【角度1】 经典力学 5 【角度2】 牛顿力学与相对论 6 【角度3】 时间延缓效应和长度收缩效应 9 问题二：牛顿力学的成就与局限性 【角度1】牛顿力学的成就 11 【角度2】牛顿力学、相对论和量子力学互判 14 04 强化训练 基础强化 16 素养提升 22 能力培优 26 2020年课程标准 物理素养 2.2.4 通过史实，了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。 物理观念：知道牛顿力学的局限性，认识到相对论时空观是对牛顿力学时空观的修正与拓展，理解时间延缓效应和长度收缩效应，能初步构建相对时空观念。 科学思维：通过对比牛顿力学与相对论时空观，提升批判性思维，学会分析不同理论的适用范围，能运用类比、推理等方法理解相对论中的新思想。 科学探究：经历对牛顿力学局限性的探究过程，了解科学家对时空观探索的历程，掌握从现象质疑到理论构建的科学探究方法。 科学态度与责任：体会科学理论随实践发展而完善的过程，培养勇于质疑、敢于创新的科学态度，认识科学发展对社会进步的推动责任 。 知识点一、相对论时空观 1.牛顿力学理论的困惑 19 世纪末，经典物理学在诸多领域取得辉煌成就，牛顿力学更是被视为完美理论。然而，一些实验现象却无法用牛顿力学解释。例如，在研究光的传播时，按照牛顿力学，光在不同参考系中速度应不同。但迈克尔逊 - 莫雷实验却表明，光在不同惯性参考系中速度不变，这与牛顿力学中速度合成法则产生矛盾，成为牛顿力学理论的一大困惑，也促使科学家们开始反思经典时空观。 又如，在对高速运动微观粒子的研究中，粒子的行为与牛顿力学的预测偏差极大，牛顿力学难以解释这些粒子在高速状态下的奇特现象，这进一步凸显了牛顿力学在高速领域的局限性。 2.爱因斯坦假设 为解决牛顿力学面临的困境，爱因斯坦提出两个重要假设： 相对性原理：物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式。这意味着无论是在地球上进行实验，还是在高速飞行的宇宙飞船中进行相同实验，所遵循的物理规律都是一致的，不存在一个特殊的绝对静止参考系。 光速不变原理：真空中的光速在不同惯性系中都是相同的，与光源和观察者的相对运动无关。无论观察者是静止还是运动，测量到的真空中光速始终是一个恒定值c（约为3×108m/s）。这一假设打破了牛顿力学中速度相对性的传统观念，成为狭义相对论的基石。 3.相对时空观 基于爱因斯坦的两个假设，相对时空观应运而生。在相对时空观中，时间和空间不再是相互独立、绝对不变的，而是紧密联系、相互影响的。一个惯性系中的时间和空间坐标，在另一个相对运动的惯性系中会发生变化。例如，当物体相对观察者高速运动时，观察者会发现物体的长度在运动方向上缩短，这就是长度收缩效应；同时，运动物体上的时间流逝也会变慢，这被称为时间延缓效应。相对时空观彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，让人们对时空的本质有了全新的认识。 4.时间延缓效应和长度收缩效应 时间延缓效应：也叫钟慢效应，若某一事件在静止参考系中经历的时间为△t0（称为固有时间），当观察者相对于该事件所在参考系以速度v运动时，观察者测量到该事件经历的时间△t满足，其中c为真空中光速。这表明运动的时钟走得比静止的时钟慢，速度越快，时间延缓效应越明显。例如，对于高速宇宙飞船中的宇航员，地球上的人会觉得他们的时间流逝变慢，宇航员执行长时间任务归来后，会发现地球上的时间已过去很久，而自己却相对年轻。 长度收缩效应：又称尺缩效应，若一物体在静止参考系中的长度为l0（固有长度），当物体相对于观察者以速度v沿长度方向运动时，观察者测量到物体的长度l满足。即运动物体在其运动方向上的长度会收缩，速度越接近光速，收缩越显著。例如，当一艘接近光速飞行的飞船从地球上的观察者眼前飞过，观察者会看到飞船在飞行方向上变得更短，但垂直于运动方向的长度不变。 知识点二、牛顿力学的成就与局限性 1.牛顿力学的成就 牛顿力学在宏观、低速的世界中取得了巨大成功。它能够准确描述天体的运动，如行星绕太阳的公转、卫星绕行星的转动等。通过牛顿万有引力定律和牛顿运动定律，科学家可以精确计算天体的轨道、预测日食月食等天文现象，为天文学的发展奠定了坚实基础。在日常生活和工程技术领域，牛顿力学同样发挥着重要作用。从汽车的行驶、桥梁的建造到机械的运转，牛顿力学的原理被广泛应用，帮助人类解决了大量实际问题，推动了工业革命和科技进步，极大地改变了人类的生活方式和社会面貌。 2.牛顿力学的局限性 （1）牛顿力学的适用范围：只适用于低速运动（远小于光速），不适用于高速运动；只适用于宏观世界（人类可感知尺度），不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。 （2）高速领域的局限：当物体运动速度接近光速时，牛顿力学不再适用。根据相对论，高速运动物体的质量会随速度增大而增大，而牛顿力学中质量被视为不变的常量，无法解释这种质量变化现象。此外，高速运动下的时间和空间也发生了显著变化，牛顿力学的绝对时空观无法描述这些相对论效应。例如，在粒子加速器中，电子等微观粒子被加速到接近光速，其行为与牛顿力学预测相差甚远，必须运用相对论力学来分析。 （3）微观领域的局限：在微观世界，如原子和亚原子尺度下，牛顿力学也遭遇困境。微观粒子具有波粒二象性，其行为不能用牛顿力学中粒子的确定性轨迹来描述。量子力学揭示了微观粒子的不确定性原理，如电子在原子核外的位置并非固定，而是以一定概率分布在不同区域，这与牛顿力学中物体位置和运动状态可精确确定的观念相悖。例如，对原子中电子轨道的研究，牛顿力学无法给出合理的解释，而量子力学却能很好地描述这一现象。 （4）强引力场领域的局限：在强引力场环境下，牛顿力学的万有引力理论也存在不足。广义相对论指出，强引力场会导致时空弯曲，而牛顿的万有引力定律将引力视为物体之间的超距作用，没有考虑时空的弯曲效应。例如，在黑洞附近，引力极强，牛顿力学无法准确描述物体的运动和时空的特性，只有广义相对论才能对其进行有效解释。 问题一：相对时空观 【角度1】经典力学 【典例1】下列对经典力学的说法中，不正确的是（　　） A．牛顿建立了经典力学的理论体系 B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律 C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象 D．相对论和量子理论完全否定了经典力学 【答案】D 【解析】A．牛顿建立了经典力学的理论体系，A正确，不符合题意； B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律，因为高速列车的速度远低于光速，B正确，不符合题意； C．经典力学不适合微观高速，所以用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象，C正确，不符合题意； D．相对论和量子理论没有否定经典力学，D错误，符合题意。 故选D。 解法通则 （1）明确经典力学的适用范围 经典力学（牛顿力学）适用于宏观、低速（远小于光速）的物体运动，而在微观粒子领域或物体运动速度接近光速时不再适用，需用相对论或量子力学解释。 （2）分析关键特征 ①宏观 vs 微观：宏观物体（如子弹、人、篮球、高铁、火箭、战斗机）的低速运动通常可用经典力学描述；微观粒子（如电子）的运动则超出经典力学范围。 ③低速 vs 高速：若物体运动速度接近光速（如选项中 “接近光的速度”），经典力学失效，需用相对论；低速运动（如日常物体的运动）则适用经典力学。 （3）排除干扰 对于涉及 “完全否定经典力学” 的表述，需明确相对论和量子力学并非完全否定经典力学，而是拓展了其适用范围，经典力学在宏观低速领域仍有效。 对于宏观物体的常规运动（如子弹射出、人散步、篮球抛出、列车飞驰、火箭飞行、战斗机起飞等），经典力学均适用。 （4）通则总结： 判断经典力学是否适用，核心在于分析研究对象是否为宏观物体且运动是否为低速。若为微观粒子或高速（接近光速）运动，则经典力学不适用。 【变式1-1】（23-24高一下·江苏苏州·阶段练习）下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是（    ） A．电子以接近光的速度运动 B．射击场上，从枪膛射出的子弹 C．在校园内散步的人 D．体育课上，被小明同学抛出的篮球 【答案】A 【解析】牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，对微观高速运动的粒子不再适用，因此当电子以接近光的速度运动时，牛顿力学不再适用；而出膛的子弹，抛出的篮球以及散步的人都属于宏观低速运动的物体，牛顿力学完全适用。 故选A。 【变式1-2】4．（23-24高一下·安徽·期末）下列运动不能用经典力学描述的是（　　） A．高铁列车从北京向广州飞驰 B．火箭携带嫦娥六号飞向月球 C．电子以接近光速的速度运动 D．歼战斗机从山东号航母上起飞 【答案】C 【解析】经典力学适用于低速宏观的物体，不适用于微观高速物体，故电子以接近光速的速度运动不能用经典力学描述，高铁列车从北京向广州飞驰、火箭携带嫦娥六号飞向月球、歼战斗机从山东号航母上起飞等都能用经典力学描述，故ABD能用经典力学描述，C不能用经典力学描述。 本题考查不能用经典力学描述的，故选C。 【角度2】牛顿力学与相对论 【典例2】（23-24高一下·广东佛山·期末）关于牛顿力学与相对论，以下说法正确的是（　　） A．中国东风27超高音速导弹的飞行速度可达到3400m/s，牛顿力学不再适用 B．真空中的光速大小在不同的惯性参考系中都是相同的 C．牛顿力学在微观领域物质结构中不适用，因此带电粒子在电场中的运动不满足牛顿运动定律 D．对于地面上静止不动的物体，在不同参考系中测得该物体的长度都是一样的 【答案】B 【解析】A．中国东风27超高音速导弹的运动属于低速宏观的运动，故A错误； B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B正确； C．狭义相对论即适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，理想状态下，带电粒子在电场中的运动也可以使用牛顿运动定律，故C错误； D．根据尺缩效应，相对论时空观认为运动的尺子会变短，如果物体在地面上静止不动，在相对于地面运动的参考系里面测出物体的长度和在地面上测出物体的长度是不一样的，故D错误。 故选B。 解题时需紧扣以下原则 （1）经典力学适用于宏观、低速，相对论适用于高速、微观。 （2）相对论的核心效应（时间膨胀、长度收缩、同时性的相对性、光速不变）是判断选项的关键。 （3）排除与经典力学适用范围矛盾或颠倒相对论效应的选项。 【变式2-1】（23-24高一下·河南濮阳·阶段练习）经典力学是以牛顿的三大定律为基础的，相对论是现代物理学的基础，关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 B．在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的 C．牛顿运动定律是普适定律，既适用于宏观物体也适用于微观物体 D．地球以30000m/s的速度绕太阳公转时，经典力学就不适用了 【答案】B 【解析】A．根据钟慢效应，相对论时空观认为运动的时钟会变慢，根据尺缩效应，相对论时空观认为运动的尺子会变短，故A错误； B．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的，故B正确； C．由经典力学的局限性可知，牛顿运动定律不适用于接近光速的物体和微观物体，适用于低速运动的宏观物体，故C错误； D．30000m/s相对于光速，属于低速，所以地球以30000m/s的速度绕太阳公转时，经典力学仍适用，故D错误。 故选B。 【变式2-2】（23-24高一下·安徽亳州·期末）牛顿创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦进一步发展了经典力学，创立了相对论。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．相对论时空观认为运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 B．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的 C．经典力学不能适用于“天问一号”宇宙探测器在火星着陆 D．在经典力学中，物体的质量随运动状态改变而改变 【答案】B 【解析】A．根据钟慢效应和尺缩效应，相对论时空观认为运动的时钟会变慢，运动的尺子会变短，故A错误； B．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的，故B正确； C．经典力学适用于宏观物体的低速运动，所以经典力学适用于“天问一号”宇宙探测器在火星着陆，故C错误； D．在经典力学中，物体运动状态改变时，物体的质量不变，故D错误。 故选B。 【角度3】时间延缓效应和长度收缩效应 【典例3】（23-24高一下·陕西西安·阶段练习）一枚静止时长30m的火箭以光速的的速度从观察者的身边掠过，计算： （1）箭上的人测得火箭的长度应为？ （2）观察者测得火箭的长度应为多少？ （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花了多少时间？ 参考公式：时间延缓公式：，长度收缩公式： 【答案】（1）30m；（2）；（3） 【解析】（1）箭上的人相对火箭静止，所以箭上的人测得火箭的长度应为。 （2）观察者测得火箭的长度应为 （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花的时间为 （1）解题步骤 ①确定研究对象与参考系：明确谁在测量，物体相对观察者的运动状态。 ②判断相对论效应： 若涉及长度测量且有相对运动，用长度收缩公式：。 若涉及时间测量且有相对运动，用时间膨胀公式：。 若涉及事件的同时性，考虑同时性的相对性，结合观察者的运动方向分析。 ③代入公式计算：注意公式中各物理量的含义（如\(L_0\)、\(\Delta t_0\)均为固有量）。 ④排除干扰选项： 与相对论效应相反的描述（如 “运动的时钟变快”“长度变长”）必然错误。 混淆参考系或忽略相对运动的选项需警惕。 （2）通则总结： 解决相对论问题的核心是明确参考系和应用相对论效应公式。长度收缩和时间膨胀的计算需严格区分固有量与观测值，同时性问题需结合观察者的运动方向分析。通过以上步骤，可系统解决涉及相对论时空观的题目。 【变式3-1】（23-24高一下·河北石家庄·期末）如图所示，甲站在水平木杆AB的中央O点附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的；若此时乙站在向右运动的火车中以接近光速的速度从木杆前面掠过，则（　　） A．乙看到木杆的B端比A端先落地 B．乙看到木杆的A端比B端先落地 C．乙看到木杆的两端同时落地 D．乙看到的木杆长度比甲看到的木杆长度更长 【答案】A 【解析】ABC．当乙掠过木杆时，在乙看来，木杆不仅在下落，而且木杆的端还在朝乙运动，因此，在甲看来同时发生的两个事件，在乙看来首先在端发生，故乙看到木杆的端比端先落地。故A正确；BC错误； D．根据尺缩效应可知，乙看到的木杆长度比甲看到的木杆长度更短。故D错误。 故选A。 【变式3-2】（23-24高一下·四川绵阳·期末）在高速列车的车厢安装一盏灯，它每隔一定时间亮一次。列车上的人测得，灯在、两个时刻分别亮了一次，也就是说发生了两个事件，车上的人认为两个事件的时间间隔是；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为。则与的关系是（　　） A． B． C． D．无法确定 【答案】B 【解析】根据时间的相对性可得 所以 故选B。 问题二：牛顿力学的成就与局限性 【角度1】牛顿力学的成就 【典例4】（23-24高一下·全国·课后作业）（多选）关于经典力学的成就，下列说法正确的是（　　） A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次综合，是人类认识史上的一次重大飞跃 B．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性 C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例 D．经典力学对后来的理论有重要影响 【答案】ACD 【解析】AD．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，对后来的理论有重要影响，故AD正确； B．时间的相对性是相对论的观点，故B错误； C．航天器的发射与运行是牛顿力学规律的应用范例，故C正确。 故选ACD。 （1） 明确经典力学与相对论的核心区别 ①经典力学的成就： 统一了天体运动与地面物体运动，是人类对自然规律的第一次系统综合。 适用于宏观、低速场景，是航天器发射、行星运动等的理论基础。 对后续理论有重要影响，但未涉及时间相对性等相对论概念。 ②相对论的核心观点： 时间、空间与物质运动相关，如时间膨胀（运动时钟变慢）、长度收缩（运动尺子缩短）、光速不变原理。 同时性具有相对性。 （2）准确记忆科学家及其贡献 ①关键人物与理论： 牛顿：经典力学体系、万有引力定律，解释天体与地面物体的运动。 爱因斯坦：相对论，提出时间、空间的相对性，并未完全否定经典力学。 开普勒：基于第谷的观测数据归纳出行星运动三定律。 哥白尼：提出日心说，托勒密支持地心说。 ②贡献的对应关系： 海王星的发现是牛顿力学的应用，但由亚当斯和勒威耶推算，伽勒观测到。 （3）解题步骤总结 ①判断题干涉及的理论范畴：区分经典力学、相对论或其他科学家的贡献。 分析选项的关键词： 若选项提到 “时间相对性”“长度与运动相关”，需联想到相对论。 若选项涉及 “统一天体与地面运动”“航天器发射”，则与经典力学相关。 ②结合史实排除错误选项： 记忆科学家的核心贡献，避免张冠李戴。 ③利用排除法筛选答案： 与理论核心矛盾的选项直接排除。 （4）通则总结： 解答此类题目需把握以下要点： ①明确经典力学与相对论的核心观点及适用范围。 ②准确记忆科学家的贡献，避免混淆。 ③分析选项时紧扣关键词，结合理论细节与史实进行判断。 ④利用排除法快速排除矛盾或错误表述。 【变式4-1】（2024·广东·模拟预测）2020年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，其中英国科学家罗杰•彭罗斯发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测。根据相对论的观点，下列说法正确的是（　　） A．越靠近黑洞，时钟会变得越快 B．光速的测量结果与参考系的运动速度有关 C．同一物体的长度的测量结果与物体相对观测者运动的速度有关 D．若两件事在某观察者看来是同时发生的，则在其他观察者看来也必定是同时发生的 【答案】C 【解析】A．越靠近黑洞，引力越大，时钟会变慢，A错误； B．根据光速不变原理可知，光在真空中的速度以任何参考系都是恒定的，B错误； C．同一物体的长度的测量结果与物体相对观测者运动的速度有关，这就是相对论中的“尺缩效应”，C正确； D．若两件事在某观察者看来是同时发生的，则在其他观察者看来不一定是同时发生的，D错误。 故选C。 【变式3-2】（24-25高二上·黑龙江·开学考试）科学的发展离不开科学家的不断探索。关于科学家及其贡献，下列说法正确的是（    ） A．托勒密否定了地心说，提出了日心说 B．第谷利用大量天文数据归纳出了行星运动三定律 C．爱因斯坦提出的相对论没有全面否定牛顿力学 D．牛顿利用万有引力定律推算并观察到了海王星的存在 【答案】C 【解析】A．哥白尼否定了托勒密的地心说，哥白尼提出了日心说，A错误； B．开普勒利用大量天文数据归纳出了行星运动三定律，B错误； C．爱因斯坦提出的相对论没有全面否定牛顿力学，C正确； D．牛顿提出了万有引力定律，亚当斯和勒维耶利用万有引力定律计算出了海王星的轨道，伽勒在勒维耶预言的位置发现了海王星，D错误。 故选C。 【角度2】牛顿力学、相对论和量子力学互判 【典例5】（23-24高一下·全国·课后作业）关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是（    ） A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动 B．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值 C．高速运动的子寿命变长这一现象，既能用相对论时空观解释，又能用经典理论解释 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 【答案】A 【解析】A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动，A正确； B．在微观高速领域，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，也不会失去价值，B错误； C．高速运动的子寿命变长这一现象，属于微观高速运动，只能用相对论时空观解释，不能用经典理论解释，C错误； D．宏观低速物体，牛顿力学适用，微观粒子，量子力学适用，D错误。 故选A。 【变式5-1】（23-24高一下·江苏徐州·阶段练习）关于牛顿力学、相对论和量子力学的说法，正确的是（　　） A．牛顿力学仅适用于宏观、低速运动的物体 B．在不同惯性系中物理规律是不同的 C．真空中一艘速度为0.7c的飞船上发出一束光线，则光速为1.7c D．在速度为0.7c的飞船上观察地面上的物体长度为L，则物体的实际长度比L短 【答案】A 【解析】A．牛顿力学仅适用于宏观、低速运动的物体，故A正确； B．在不同惯性系中物理规律是相同的，故B错误； C．根据光速不变原理可知，真空中一艘速度为0.7c的飞船上发出一束光线，则光速为c，故C错误； D．在速度为0.7c的飞船上观察地面上的物体长度为L，根据尺缩效应可知，物体的实际长度比L长，故D错误。 故选A。 【变式5-2】（2023高二下·河北·学业考试）（多选）万有引力定律的发现和应用以及相对论、量子力学的提出，对人类智慧的影响至为深远。下列说法正确的是（    ） A．依据万有引力定律，哈雷预测了哈雷彗星的“按时回归” B．依据万有引力定律，开普勒预言了人类可以发射地球卫星 C．相对论和量子力学彻底否定了牛顿力学 D．牛顿力学适用于宏观世界、低速运动 【答案】AD 【解析】A．依据万有引力定律，哈雷预测了哈雷彗星的“按时回归”，故A正确； B．万有引力定律是牛顿在开普勒去世后才发现的，开普勒不可能预言了人类可以发射地球卫星，故B错误； CD．相对论与量子力学并没有否定牛顿力学理论，牛顿力学理论在宏观世界、低速运动中仍适用，故C错误，D正确。 故选AD。 【基础强化】 1．（23-24高一下·江苏·期中）有关相对论以下说法不正确的是（　　） A．爱因斯坦假设在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是相同的 B．根据经典理论计算出每秒到达地球的μ子数大于实际观测到的μ子数 C．相对论时空观的第一次宏观验证是在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架向西飞 D．除了高速运动，牛顿力学在其它方面也有局限性 【答案】B 【解析】A．爱因斯坦假设在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是相同的，故A正确，不满足题意要求； B．根据经典理论计算出每秒到达地球的μ子数小于实际观测到的μ子数，故B错误，满足题意要求； C．相对论时空观的第一次宏观验证是在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架向西飞，故C正确，不满足题意要求； D．除了高速运动，牛顿力学在微观世界也有局限性，故D正确，不满足题意要求； 故选B。 2．（23-24高一下·吉林延边·阶段练习）在科学发展的历程中，许多科学家做出了杰出的贡献，下列叙述符合史实的是（　　） A．第谷经过多年的天文观测，发现了行星绕太阳运动的轨道是椭圆 B．牛顿力学适用于分析高速运动的μ子的寿命 C．牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律 D．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用 【答案】C 【解析】A．开普勒发现了行星绕太阳运动的轨道是椭圆，故A错误； B．牛顿力学适用于宏观低速，而不适用于微观高速，所以牛顿力学不适用于分析高速运动的μ子的寿命，故B错误； C．牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律，故C正确； D．相对论的出现，使得经典物理学在微观高速的范围不再适用，但经典物理学在自己的适用范围内仍继续发挥作用，故D错误。 故选C。 3．（23-24高一下·广西河池·期末）下列有关物理学史的说法中不正确的是（　　） A．开普勒通过分析自己长期的天文观测数据总结出了开普勒行星运动的三大定律 B．牛顿认为月球受到地球的引力与地面的物体受到地球的引力是同种性质的力，并遵循相同的规律 C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动 D．哥白尼提出了日心说，认为行星和地球都绕太阳做匀速圆周运动 【答案】A 【解析】A．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究而来的，A错误，符合题意； B．牛顿认为月球受到地球的引力与地面的物体受到地球的引力是同种性质的力，并遵循相同的规律，B正确，不符合题意； C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动，C正确，不符合题意； D．哥白尼提出了日心说，认为行星和地球都绕太阳做匀速圆周运动，D正确，不符合题意； 故选A。 4．（24-25高一上·浙江宁波·阶段练习）根据气体吸收谱线的红移现象推算，有的类星体远离我们的速度竟达光速c的80%，即每秒24万千米。下列结论正确的是(　　) A．在类星体上测得它发出的光的速度是(1+80%)c B．在地球上接收到它发出的光的速度是(1-80%)c C．在类星体上测得它发出的光的速度是c D．在地球上测得它发出的光的速度是0.8c 【答案】C 【解析】根据爱因斯坦相对论的光速不变原理得：在一切惯性参考系中，测量到的真空的光速c都一样。在一切惯性系中观测到的真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无关。所以在类星体上测得它发出的光的速度是c，在地球上测得它发出的光的速度是c，C正确，ABD错误． 故选C。 5．（24-25高二上·广东湛江·期中）话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是（　　） A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了 B．弟弟因思念哥哥而加速生长了 C．由相对论可知，物体速度越大，在其上的时间进程就越慢，生理过程也越慢 【答案】C 【解析】根据相对论的时间延缓效应可知，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的。飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢。故C正确，AB错误。 故选C。 6．（24-25高二上·上海·开学考试）关于恒星的说法正确的是（　　） A．极少数恒星有着和太阳相同的化学成分 B．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星刚刚诞生 C．恒星起源于宇宙中的气体、尘埃等物质 D．神秘天体—黑洞一般由小质量恒星演化形成 【答案】C 【解析】A．绝大多数恒星有着和太阳相同的化学成分，故A错误； B．恒星燃料耗尽后其核心不再释放能量，核心开始收缩，而外部开始膨胀，于是恒星就变成了一颗红色的巨星或超巨星，故B错误； C．恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们由气体、尘埃等物质聚集而成，通过核反应产生能量并持续辐射出来，故C正确； D．神秘天体—黑洞一般由大质量恒星演化形成，故D错误。 故选C。 7．（23-24高一下·山西长治·期末）北京正负电子对撞机（）中有一台长的直线加速器，用于加速正负电子束。设该加速器能对电子施加一恒力，使电子从静止开始长时间地加速。对于这个过程，下列判断可能正确的是（　　） A．电子的速度将不断增大，最终将超过光速 B．电子先做加速运动，最后以光速做匀速直线运动 C．电子的速度接近光速时，牛顿运动定律将不再适用 D．电子是微观粒子，整个加速过程完全不能用牛顿运动定律解释 【答案】C 【解析】电子在加速装置中由静止开始加速，开始阶段速度较小，远低于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为它在被加速的最初阶段做匀加速运动。随着电子速度的增大，当接近光速时，相对论效应越来越显著，质量增大也来越明显，电子不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用。 故选C。 8．（24-25高一下·全国·单元测试）（多选）关于经典时空观和相对论时空观，下列说法正确的是（　　） A．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的 B．相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系 C．研究接近光速的粒子时经典力学不适用 D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别 【答案】ABC 【解析】AB．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故AB正确； C．经典力学只适用于宏观、低速运动问题，不适用于微观、高速运动问题，故C正确； D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论没有区别，故D错误。 故选ABC。 9．（24-25高二上·浙江·开学考试）（多选）下列说法正确的是（    ） A．物体受恒力作用不可能做曲线运动 B．物体在做平抛运动时，任意相等时间内速度的变化量相等 C．洗衣机脱水、无缝钢管的制造都利用了离心运动 D．爱因斯坦的相对论时空观完全否定了牛顿力学的正确性 【答案】BC 【解析】A．物体受恒力作用可能做曲线运动，比如平抛运动，故A错误； B．物体在做平抛运动时，加速度为重力加速度，根据 可知任意相等时间内速度的变化量相等，故B正确； C．洗衣机脱水、无缝钢管的制造都利用了离心运动，故C正确； D．爱因斯坦的相对论时空观并没有完全否定了牛顿力学的正确性，牛顿力学在宏观物体低速运动时仍然适用，故D错误。 故选BC。 10．（23-24高一下·新疆巴音郭楞·期末）（多选）下列选项中，属于相对论时空观的基本假设的有（　　） 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．运动物体的长度跟物体的运动状态有关 D．物体运动的时间跟物体的运动状态有关 【答案】AB 【解析】相对论时空观的基本假设是：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的，真空中的光速大小都是相同的。 故选AB。 11．（23-24高一下·福建漳州·期末）（多选）牛顿经典力学与爱因斯坦的相对论是物理学史上的两座里程碑。关于经典力学与相对论，下列说法中正确的是（    ） A．爱因斯坦的狭义相对论全面否定了牛顿经典力学 B．牛顿经典力学只适用于宏观低速领域 C．在一切惯性系中，真空中测得的光速都一样 D．在地面上观察，接近光速飞行的飞船在运动方向上会变长 【答案】BC 【解析】AB．爱因斯坦的狭义相对论并没有全面否定牛顿经典力学，牛顿经典力学仍适用于宏观低速领域，故A错误，B正确； C．在一切惯性系中，真空中测得的光速都一样，故C正确； D．在地面上观察，接近光速飞行的飞船在运动方向上会变短，故D错误。 故选BC。 12．（23-24高一下·广东茂名·期末）（多选）下列关于牛顿力学和相对论的说法正确的是（　　） A．牛顿力学只适用于宏观世界中做低速运动的物体 B．相对论的出现，使牛顿力学失去了意义 C．相对论认为时间和空间并不是相互独立的 D．狭义相对论的其中一个基本假设是在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速不相同 【答案】AC 【解析】A．牛顿力学只适用于宏观世界中做低速运动的物体，故A正确； B．相对论的出现，并没有否定经典物理学，经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形，故B错误； C．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，它们之间是相互联系的，不是相互独立的，故C正确； D．狭义相对论的其中一个基本假设是在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速相同，故D错误。 故选AC。 13．（2024·上海黄浦·一模）学习了广义相对论后，某同学设想通过使空间站围绕过环心并垂直于环面的中心轴旋转，使空间站中的航天员获得“人造重力”解决太空中长期失重的问题。 (1)（多选）广义相对论的基本原理是（    ） A．相对性原理 B．光速不变原理 C．等效原理 D．广义相对性原理 E．质能关系 (2)如图所示，空间站的环状管道外侧壁到转轴的距离为r。航天员（可视为质点）站在外侧壁上随着空间站做匀速圆周运动，为了使其受到与在地球表面时相同大小的支持力，空间站的转速应为 （地面重力加速度大小用g表示）。 【答案】(1)CD (2) 【解析】（1）广义相对论的基本原理是广义相对性原理、质能关系。 故选CD。 （2）当航天员随空间站一起自转且加速度为时，可以使其受到与在地球表面时相同大小的支持力，即有 环形管道侧壁对航天员的支持力提供航天员绕轴匀速转动的向心力，有 得 所以空间站的转速应为 【素养提升】 14.（24-25高二上·上海闵行·期中）2021年10月17日，神舟十三号载人飞船出征太空，并成功与中国空间站组合体完成自主对接、出舱，以及在轨驻留六个月，空间站绕地球一圈约90分钟。驻留期间，航天员进行了“天宫课堂”授课，王亚平抛出一只“冰墩墩”后，“冰墩墩”沿抛出方向近似匀速直线前进。 （1）根据下列器材在地面上使用时的主要功能，航天员在空间站中同样可以正常使用的是（　　） A．单摆演示器 B．弹簧拉力器 C．家用体重秤 D．哑铃 （2）．神舟十三号与空间站对接过程中， （选填：A．可以  B．不可以）把神舟十三号看作质点。 （3）．“天宫课堂”中，“冰墩墩”近似匀速直线前进，这一过程中“冰墩墩”受到（　　） A．万有引力 B．向心力 C．离心力 （4）空间站绕地球运行的角速度约为 rad/s。（保留2位有效数字）。 （5）空间站的速度 第一宇宙速度（选涂：A．大于B．等于C．小于）；同步地球卫星的周期为 小时。 （6）空间站绕地球运行的轨道半径，约为地球静止卫星绕地球运行的轨道半径的（　　） A． B． C． （7）考虑相对论效应，在高速飞行的空间站里的时钟走过10s，理论上站在地面上的观察者手里的时钟走过的时间（　　） A．大于10s B．小于10s C．等于10s D．都有可能 【答案】（1）B （2）B （3）A （4）1.2×10-3 （5） C 24 （6）C （7）A 【解析】（1）由于空间站中的物体处于完全失重状态，所以单摆演示器、家用体重秤、哑铃均不能正常使用，弹簧拉力器可以正常使用。 故选B。 （2）当物体的大小、形状对所研究的问题没有影响或者影响很小，可以忽略不计时，可将物体看成质点，所以神舟十三号与空间站对接过程中，不能把神舟十三号看作质点。 故选B。 （3）“天宫课堂”中，“冰墩墩”近似匀速直线前进，这一过程中“冰墩墩”受到万有引力。 故选A。 （4）由于空间站绕地球一圈约90分钟，则 （5）[1]由于第一宇宙速度是最大的环绕速度，所以空间站的速度小于第一宇宙速度。 故选C。 [2]同步地球卫星的周期等于地球自转周期，为24小时。 （6）根据开普勒第三定律 所以 故选C。 （7）根据狭义相对论钟慢效应可知，理论上站在地面上的观察者手里的时钟走过的时间大于10s。 故选A。 15．（23-24高一下·上海闵行·期末）相对论 随着科技不断发展，越来越多的实验证明了相对论的正确性。（真空中的光速为c）如图，若某车厢以0.9c速度在地面上向右做匀速直线运动，车厢中央有一点光源，车厢内可视为真空。 （1）下列现象中属于狭义相对论效应的是（　　） A．质量不变 B．质量减小 C．时间膨胀 D．时间不变 （2）地面观察者看来，点光源发出的一闪光（　　） A．先到达车厢前壁 B．先到达车厢后壁 C．同时到达车厢前壁和后壁 （3）若该车厢的固有长度为L0，地面观察者测得该车厢的长度为L，则（　　） A．L>L0 B．L<L0 C．L=L0 【答案】（1）C （2）B （3）B 【解析】（1）狭义相对论效应包括钟慢效应、质增效应和尺缩效应。 故选C。 （2）对于地面上的观察者来说，以地面为参考系，因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的，在闪光飞向两璧的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，他观测到的结果应该是：闪光先到达后壁，后到达前壁。 故选B。 （3）地面观察者测得该车厢的长度为 故选B。 16．（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 （2）一束光从空气射向折射率为的某种介质，若反向光线与折射光线垂直，则入射角为 。真空中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为 ； （3）将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂，下湍系上质量为m的物块，将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆周期公式推算出物块做简谐运动的周期 。 【答案】 C 60o 【解析】（1）[1]列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮。 故选C。 （2）[2][3]做图如下；根据 得 根据 得 （3）[4]单摆周期公式 且 kl=mg 解得 【能力培优】 17.（23-24高一下·上海·期中）我国开展的火星和空间探测，卓有成就。 （1）两个人造卫星是在同一圆形轨道上绕火星运行，它们的质量关系为，则它们运行的线速度大小关系为（　　） A． B． C． D． （2）两火星卫星公转的周期分别是、，轨道视为圆，引力常量为G、则a、b公转半径之比为 ，据上述信息 （选涂：A．能，B．不能）求出火星的质量。 （3）（多选）“天问一号”被火星捕获后，经一系列变轨进入如图的椭圆停泊轨道。P为椭圆的近火点，Q为远火点。关于探测器在停泊轨道上的运动（忽略其他天体的影响）。下列说法正确的有（　　） A．探测器的机械能守恒 B．探测器经过P点时的速度最大 C．探测器经过Q点时的加速度最小 D．探测器经过Q点时做离心运动 （4）小明乘速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的小军，小军的飞行速度为0.5c，小明向小军发出一束光进行联络，则小明观测到该光束的传播速度为（　　） A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c （5）（论证）元元查资料发现，在地球上可以探测到子，子自身的平均寿命为，地球大气层的厚度。请你帮元元证明：寿命如此短的子以速度（c是真空中光速）运动时，可以穿过如此厚的大气层。 【答案】（1）B （2） B （3）ABC （4）D （5）见解析 【解析】（1）两个人造卫是在同一圆形轨道上绕火星运行，轨道半径相等，由万有引力提供向心力，则有 ， 解得 故选B。 （2）[1]两火星卫星公转的周期分别是、，轨道视为圆，根据开普勒第三定律有 解得 [2]卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则有 解得 由于轨道半径不知道，则据上述信息不能求出火星的质量。 故选B。 （3）A．天问一号在椭圆停泊轨道上运动，仅仅有万有引力做功，探测器的机械能守恒，故A正确； B．P为椭圆的近火点，Q为远火点。从近火点到远火点，万有引力做负功，探测器动能减小，可知，探测器经过P点时的速度最大，故B正确； C．根据 解得 探测器经过Q点时，距离火星间距最大，则加速度最小，故C正确； D．探测器经过Q点，随后在万有引力作用下靠近火星，可知探测器做近心运动，故D错误。 故选ABC。 （4）根据爱因斯坦相对论原理可知，光速不变，即小明观测到该光束的传播速度为1.0c。 故选D。 （5）若根据狭义相对论，从地面观察子的“运动寿命”为 则子在大气中运动的距离为 结合上述解得 证明子可以穿越大气层。 18.（23-24高一下·上海·阶段练习）太空电梯 太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备，如图是太空电梯升降舱与地球同步轨道上的太空站相连。将乘客送入距地球高度h约米的一座太空站。地球的质量约为，地球的半径R约为，引力常量。 （1）太空站的速度 第一宇宙速度（选涂：A．大于 B．等于 C．小于）；周期约为 。 （2）地面上观察者测出高速上升的太空电梯从地面到太空站的时间为，而乘客测得的时间为，则下列选项正确的是（　　） A． B． C． （3）当“太空电梯”停在距地面高度为h处，地球的自转不可忽略且地球可视为均质球体，关于“太空电梯”里的宇航员，下列说法中正确的是（　　） A．当时，宇航员绕地心运动的线速度大小约为 B．当h与地球静止卫星距地面高度相同时，宇航员处于完全失重状态 C．h越小，宇航员绕地心运动的向心加速度越大 D．h越大，宇航员绕地心运动的角速度越大，线速度越小 （4）如图为加速度a与太空电梯距地心的距离r的关系图像，图线A为地球对太空电梯的引力产生的加速度大小，图线B表示太空电梯静止时的向心加速度大小，R表示地球半径。求： ①太空电梯从地表以的加速度启动，质量为m的乘客承受的压力F；为了安全，乘客应保持什么姿势； ②太空电梯匀速上升阶段乘客受到升降舱作用力大小的变化情况； ③分析说明并估算图中的数值大小。 【答案】（1）C 24h （2）A （3）B （4）①6mg，躺卧姿势；②一直变小；③4.24×107m 【解析】（1）[1]第一宇宙速度是最大的环绕速度，可知太空站的速度小于第一宇宙速度。 故选C。 [2]周期等于地球自转的周期，约为24h。 （2）太空电梯相对地面高速上升，根据相对论的时间延缓效应，可知 t1＞t2 故选A。 （3）A．h是“太空电梯”停在距地面高度，当h为零时宇航员还在地面，受万有引力和地面的支持力，绕地球运动的线速度小于第一宇宙速度，故A错误； B．因地球静止卫星的角速度等于地球自转的角速度，静止卫星受到的万有引力全部提供向心力，故当h与地球静止卫星距地面高度相同时，宇航员受到的万有引力也全部提供向心力，则宇航员处于完全失重状态，故B正确。 C．根据向心加速度的计算公式可得 a=ω2r 由此可知h越小，r越小，宇航员绕地心运动的向心加速度越小，故C错误； D． “太空电梯”相对地面静止，“太空电梯”里的宇航员随地球自转的角速度相等，根据线速度的计算公式可得 v=ωr 由此可知，h越大，r越大，宇航员绕地心运动的线速度越大，故D错误； 故选B。 （4）①根据牛顿第二定律得 F-mg=5mg 解得 F=6mg 为了安全，乘客应保持躺卧姿势。 ②③对太空电梯上升阶段，在沿着线缆的方向上，根据牛顿第二定律得： 变形为 其中ω2r就等于静止时的向心加速度大小，就是地球对太空电梯的引力产生的加速度大小。 由图可知，当r=r0时两者相等，说明在r0处万有引力完全提供向心力，太空电梯处于完全失重状态，r0为同步轨道半径（即达到了太空站），则有： r0=R+h≈6.4×106m+3.6×107m=4.24×107m 对太空电梯匀速上升阶段（r＜r0），由图可知，的差值逐渐变小，则乘客受到升降舱作用力F′的大小的变化情况是一直变小。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！12 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第七章 万有引力与宇宙航行 课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 目 录 01 学习目标 02 知识梳理 知识点一、相对论时空观 2 知识点二、牛顿力学的成就与局限性 3 03 问题探究 问题一：相对时空观 【角度1】 经典力学 5 【角度2】 牛顿力学与相对论 6 【角度3】 时间延缓效应和长度收缩效应 7 问题二：牛顿力学的成就与局限性 【角度1】牛顿力学的成就 9 【角度2】牛顿力学、相对论和量子力学互判 11 04 强化训练 基础强化 12 素养提升 15 能力培优 17 2020年课程标准 物理素养 2.2.4 通过史实，了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。 物理观念：知道牛顿力学的局限性，认识到相对论时空观是对牛顿力学时空观的修正与拓展，理解时间延缓效应和长度收缩效应，能初步构建相对时空观念。 科学思维：通过对比牛顿力学与相对论时空观，提升批判性思维，学会分析不同理论的适用范围，能运用类比、推理等方法理解相对论中的新思想。 科学探究：经历对牛顿力学局限性的探究过程，了解科学家对时空观探索的历程，掌握从现象质疑到理论构建的科学探究方法。 科学态度与责任：体会科学理论随实践发展而完善的过程，培养勇于质疑、敢于创新的科学态度，认识科学发展对社会进步的推动责任 。 知识点一、相对论时空观 1.牛顿力学理论的困惑 19 世纪末，经典物理学在诸多领域取得辉煌成就，牛顿力学更是被视为完美理论。然而，一些实验现象却无法用牛顿力学解释。例如，在研究光的传播时，按照牛顿力学，光在不同参考系中速度应不同。但迈克尔逊 - 莫雷实验却表明，光在不同惯性参考系中速度不变，这与牛顿力学中速度合成法则产生矛盾，成为牛顿力学理论的一大困惑，也促使科学家们开始反思经典时空观。 又如，在对高速运动微观粒子的研究中，粒子的行为与牛顿力学的预测偏差极大，牛顿力学难以解释这些粒子在高速状态下的奇特现象，这进一步凸显了牛顿力学在高速领域的局限性。 2.爱因斯坦假设 为解决牛顿力学面临的困境，爱因斯坦提出两个重要假设： 相对性原理：物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式。这意味着无论是在地球上进行实验，还是在高速飞行的宇宙飞船中进行相同实验，所遵循的物理规律都是一致的，不存在一个特殊的绝对静止参考系。 光速不变原理：真空中的光速在不同惯性系中都是相同的，与光源和观察者的相对运动无关。无论观察者是静止还是运动，测量到的真空中光速始终是一个恒定值c（约为3×108m/s）。这一假设打破了牛顿力学中速度相对性的传统观念，成为狭义相对论的基石。 3.相对时空观 基于爱因斯坦的两个假设，相对时空观应运而生。在相对时空观中，时间和空间不再是相互独立、绝对不变的，而是紧密联系、相互影响的。一个惯性系中的时间和空间坐标，在另一个相对运动的惯性系中会发生变化。例如，当物体相对观察者高速运动时，观察者会发现物体的长度在运动方向上缩短，这就是长度收缩效应；同时，运动物体上的时间流逝也会变慢，这被称为时间延缓效应。相对时空观彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，让人们对时空的本质有了全新的认识。 4.时间延缓效应和长度收缩效应 时间延缓效应：也叫钟慢效应，若某一事件在静止参考系中经历的时间为△t0（称为固有时间），当观察者相对于该事件所在参考系以速度v运动时，观察者测量到该事件经历的时间△t满足，其中c为真空中光速。这表明运动的时钟走得比静止的时钟慢，速度越快，时间延缓效应越明显。例如，对于高速宇宙飞船中的宇航员，地球上的人会觉得他们的时间流逝变慢，宇航员执行长时间任务归来后，会发现地球上的时间已过去很久，而自己却相对年轻。 长度收缩效应：又称尺缩效应，若一物体在静止参考系中的长度为l0（固有长度），当物体相对于观察者以速度v沿长度方向运动时，观察者测量到物体的长度l满足。即运动物体在其运动方向上的长度会收缩，速度越接近光速，收缩越显著。例如，当一艘接近光速飞行的飞船从地球上的观察者眼前飞过，观察者会看到飞船在飞行方向上变得更短，但垂直于运动方向的长度不变。 知识点二、牛顿力学的成就与局限性 1.牛顿力学的成就 牛顿力学在宏观、低速的世界中取得了巨大成功。它能够准确描述天体的运动，如行星绕太阳的公转、卫星绕行星的转动等。通过牛顿万有引力定律和牛顿运动定律，科学家可以精确计算天体的轨道、预测日食月食等天文现象，为天文学的发展奠定了坚实基础。在日常生活和工程技术领域，牛顿力学同样发挥着重要作用。从汽车的行驶、桥梁的建造到机械的运转，牛顿力学的原理被广泛应用，帮助人类解决了大量实际问题，推动了工业革命和科技进步，极大地改变了人类的生活方式和社会面貌。 2.牛顿力学的局限性 （1）牛顿力学的适用范围：只适用于低速运动（远小于光速），不适用于高速运动；只适用于宏观世界（人类可感知尺度），不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。 （2）高速领域的局限：当物体运动速度接近光速时，牛顿力学不再适用。根据相对论，高速运动物体的质量会随速度增大而增大，而牛顿力学中质量被视为不变的常量，无法解释这种质量变化现象。此外，高速运动下的时间和空间也发生了显著变化，牛顿力学的绝对时空观无法描述这些相对论效应。例如，在粒子加速器中，电子等微观粒子被加速到接近光速，其行为与牛顿力学预测相差甚远，必须运用相对论力学来分析。 （3）微观领域的局限：在微观世界，如原子和亚原子尺度下，牛顿力学也遭遇困境。微观粒子具有波粒二象性，其行为不能用牛顿力学中粒子的确定性轨迹来描述。量子力学揭示了微观粒子的不确定性原理，如电子在原子核外的位置并非固定，而是以一定概率分布在不同区域，这与牛顿力学中物体位置和运动状态可精确确定的观念相悖。例如，对原子中电子轨道的研究，牛顿力学无法给出合理的解释，而量子力学却能很好地描述这一现象。 （4）强引力场领域的局限：在强引力场环境下，牛顿力学的万有引力理论也存在不足。广义相对论指出，强引力场会导致时空弯曲，而牛顿的万有引力定律将引力视为物体之间的超距作用，没有考虑时空的弯曲效应。例如，在黑洞附近，引力极强，牛顿力学无法准确描述物体的运动和时空的特性，只有广义相对论才能对其进行有效解释。 问题一：相对时空观 【角度1】经典力学 【典例1】下列对经典力学的说法中，不正确的是（　　） A．牛顿建立了经典力学的理论体系 B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律 C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象 D．相对论和量子理论完全否定了经典力学 解法通则 （1）明确经典力学的适用范围 经典力学（牛顿力学）适用于宏观、低速（远小于光速）的物体运动，而在微观粒子领域或物体运动速度接近光速时不再适用，需用相对论或量子力学解释。 （2）分析关键特征 ①宏观 vs 微观：宏观物体（如子弹、人、篮球、高铁、火箭、战斗机）的低速运动通常可用经典力学描述；微观粒子（如电子）的运动则超出经典力学范围。 ③低速 vs 高速：若物体运动速度接近光速（如选项中 “接近光的速度”），经典力学失效，需用相对论；低速运动（如日常物体的运动）则适用经典力学。 （3）排除干扰 对于涉及 “完全否定经典力学” 的表述，需明确相对论和量子力学并非完全否定经典力学，而是拓展了其适用范围，经典力学在宏观低速领域仍有效。 对于宏观物体的常规运动（如子弹射出、人散步、篮球抛出、列车飞驰、火箭飞行、战斗机起飞等），经典力学均适用。 （4）通则总结： 判断经典力学是否适用，核心在于分析研究对象是否为宏观物体且运动是否为低速。若为微观粒子或高速（接近光速）运动，则经典力学不适用。 【变式1-1】（23-24高一下·江苏苏州·阶段练习）下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是（    ） A．电子以接近光的速度运动 B．射击场上，从枪膛射出的子弹 C．在校园内散步的人 D．体育课上，被小明同学抛出的篮球 【变式1-2】4．（23-24高一下·安徽·期末）下列运动不能用经典力学描述的是（　　） A．高铁列车从北京向广州飞驰 B．火箭携带嫦娥六号飞向月球 C．电子以接近光速的速度运动 D．歼战斗机从山东号航母上起飞 【角度2】牛顿力学与相对论 【典例2】（23-24高一下·广东佛山·期末）关于牛顿力学与相对论，以下说法正确的是（　　） A．中国东风27超高音速导弹的飞行速度可达到3400m/s，牛顿力学不再适用 B．真空中的光速大小在不同的惯性参考系中都是相同的 C．牛顿力学在微观领域物质结构中不适用，因此带电粒子在电场中的运动不满足牛顿运动定律 D．对于地面上静止不动的物体，在不同参考系中测得该物体的长度都是一样的 解题时需紧扣以下原则 （1）经典力学适用于宏观、低速，相对论适用于高速、微观。 （2）相对论的核心效应（时间膨胀、长度收缩、同时性的相对性、光速不变）是判断选项的关键。 （3）排除与经典力学适用范围矛盾或颠倒相对论效应的选项。 【变式2-1】（23-24高一下·河南濮阳·阶段练习）经典力学是以牛顿的三大定律为基础的，相对论是现代物理学的基础，关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 B．在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的 C．牛顿运动定律是普适定律，既适用于宏观物体也适用于微观物体 D．地球以30000m/s的速度绕太阳公转时，经典力学就不适用了 【变式2-2】（23-24高一下·安徽亳州·期末）牛顿创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦进一步发展了经典力学，创立了相对论。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．相对论时空观认为运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 B．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的 C．经典力学不能适用于“天问一号”宇宙探测器在火星着陆 D．在经典力学中，物体的质量随运动状态改变而改变 【角度3】时间延缓效应和长度收缩效应 【典例3】（23-24高一下·陕西西安·阶段练习）一枚静止时长30m的火箭以光速的的速度从观察者的身边掠过，计算： （1）箭上的人测得火箭的长度应为？ （2）观察者测得火箭的长度应为多少？ （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花了多少时间？ 参考公式：时间延缓公式：，长度收缩公式： （1）解题步骤 ①确定研究对象与参考系：明确谁在测量，物体相对观察者的运动状态。 ②判断相对论效应： 若涉及长度测量且有相对运动，用长度收缩公式：。 若涉及时间测量且有相对运动，用时间膨胀公式：。 若涉及事件的同时性，考虑同时性的相对性，结合观察者的运动方向分析。 ③代入公式计算：注意公式中各物理量的含义（如\(L_0\)、\(\Delta t_0\)均为固有量）。 ④排除干扰选项： 与相对论效应相反的描述（如 “运动的时钟变快”“长度变长”）必然错误。 混淆参考系或忽略相对运动的选项需警惕。 （2）通则总结： 解决相对论问题的核心是明确参考系和应用相对论效应公式。长度收缩和时间膨胀的计算需严格区分固有量与观测值，同时性问题需结合观察者的运动方向分析。通过以上步骤，可系统解决涉及相对论时空观的题目。 【变式3-1】（23-24高一下·河北石家庄·期末）如图所示，甲站在水平木杆AB的中央O点附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的；若此时乙站在向右运动的火车中以接近光速的速度从木杆前面掠过，则（　　） A．乙看到木杆的B端比A端先落地 B．乙看到木杆的A端比B端先落地 C．乙看到木杆的两端同时落地 D．乙看到的木杆长度比甲看到的木杆长度更长 【变式3-2】（23-24高一下·四川绵阳·期末）在高速列车的车厢安装一盏灯，它每隔一定时间亮一次。列车上的人测得，灯在、两个时刻分别亮了一次，也就是说发生了两个事件，车上的人认为两个事件的时间间隔是；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为。则与的关系是（　　） A． B． C． D．无法确定 问题二：牛顿力学的成就与局限性 【角度1】牛顿力学的成就 【典例4】（23-24高一下·全国·课后作业）（多选）关于经典力学的成就，下列说法正确的是（　　） A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次综合，是人类认识史上的一次重大飞跃 B．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性 C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例 D．经典力学对后来的理论有重要影响 （1） 明确经典力学与相对论的核心区别 ①经典力学的成就： 统一了天体运动与地面物体运动，是人类对自然规律的第一次系统综合。 适用于宏观、低速场景，是航天器发射、行星运动等的理论基础。 对后续理论有重要影响，但未涉及时间相对性等相对论概念。 ②相对论的核心观点： 时间、空间与物质运动相关，如时间膨胀（运动时钟变慢）、长度收缩（运动尺子缩短）、光速不变原理。 同时性具有相对性。 （2）准确记忆科学家及其贡献 ①关键人物与理论： 牛顿：经典力学体系、万有引力定律，解释天体与地面物体的运动。 爱因斯坦：相对论，提出时间、空间的相对性，并未完全否定经典力学。 开普勒：基于第谷的观测数据归纳出行星运动三定律。 哥白尼：提出日心说，托勒密支持地心说。 ②贡献的对应关系： 海王星的发现是牛顿力学的应用，但由亚当斯和勒威耶推算，伽勒观测到。 （3）解题步骤总结 ①判断题干涉及的理论范畴：区分经典力学、相对论或其他科学家的贡献。 分析选项的关键词： 若选项提到 “时间相对性”“长度与运动相关”，需联想到相对论。 若选项涉及 “统一天体与地面运动”“航天器发射”，则与经典力学相关。 ②结合史实排除错误选项： 记忆科学家的核心贡献，避免张冠李戴。 ③利用排除法筛选答案： 与理论核心矛盾的选项直接排除。 （4）通则总结： 解答此类题目需把握以下要点： ①明确经典力学与相对论的核心观点及适用范围。 ②准确记忆科学家的贡献，避免混淆。 ③分析选项时紧扣关键词，结合理论细节与史实进行判断。 ④利用排除法快速排除矛盾或错误表述。 【变式4-1】（2024·广东·模拟预测）2020年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，其中英国科学家罗杰•彭罗斯发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测。根据相对论的观点，下列说法正确的是（　　） A．越靠近黑洞，时钟会变得越快 B．光速的测量结果与参考系的运动速度有关 C．同一物体的长度的测量结果与物体相对观测者运动的速度有关 D．若两件事在某观察者看来是同时发生的，则在其他观察者看来也必定是同时发生的 【变式3-2】（24-25高二上·黑龙江·开学考试）科学的发展离不开科学家的不断探索。关于科学家及其贡献，下列说法正确的是（    ） A．托勒密否定了地心说，提出了日心说 B．第谷利用大量天文数据归纳出了行星运动三定律 C．爱因斯坦提出的相对论没有全面否定牛顿力学 D．牛顿利用万有引力定律推算并观察到了海王星的存在 【角度2】牛顿力学、相对论和量子力学互判 【典例5】（23-24高一下·全国·课后作业）关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是（    ） A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动 B．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值 C．高速运动的子寿命变长这一现象，既能用相对论时空观解释，又能用经典理论解释 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5-1】（23-24高一下·江苏徐州·阶段练习）关于牛顿力学、相对论和量子力学的说法，正确的是（　　） A．牛顿力学仅适用于宏观、低速运动的物体 B．在不同惯性系中物理规律是不同的 C．真空中一艘速度为0.7c的飞船上发出一束光线，则光速为1.7c D．在速度为0.7c的飞船上观察地面上的物体长度为L，则物体的实际长度比L短 【变式5-2】（2023高二下·河北·学业考试）（多选）万有引力定律的发现和应用以及相对论、量子力学的提出，对人类智慧的影响至为深远。下列说法正确的是（    ） A．依据万有引力定律，哈雷预测了哈雷彗星的“按时回归” B．依据万有引力定律，开普勒预言了人类可以发射地球卫星 C．相对论和量子力学彻底否定了牛顿力学 D．牛顿力学适用于宏观世界、低速运动 【基础强化】 1．（23-24高一下·江苏·期中）有关相对论以下说法不正确的是（　　） A．爱因斯坦假设在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是相同的 B．根据经典理论计算出每秒到达地球的μ子数大于实际观测到的μ子数 C．相对论时空观的第一次宏观验证是在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架向西飞 D．除了高速运动，牛顿力学在其它方面也有局限性 2．（23-24高一下·吉林延边·阶段练习）在科学发展的历程中，许多科学家做出了杰出的贡献，下列叙述符合史实的是（　　） A．第谷经过多年的天文观测，发现了行星绕太阳运动的轨道是椭圆 B．牛顿力学适用于分析高速运动的μ子的寿命 C．牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律 D．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用 3．（23-24高一下·广西河池·期末）下列有关物理学史的说法中不正确的是（　　） A．开普勒通过分析自己长期的天文观测数据总结出了开普勒行星运动的三大定律 B．牛顿认为月球受到地球的引力与地面的物体受到地球的引力是同种性质的力，并遵循相同的规律 C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动 D．哥白尼提出了日心说，认为行星和地球都绕太阳做匀速圆周运动 4．（24-25高一上·浙江宁波·阶段练习）根据气体吸收谱线的红移现象推算，有的类星体远离我们的速度竟达光速c的80%，即每秒24万千米。下列结论正确的是(　　) A．在类星体上测得它发出的光的速度是(1+80%)c B．在地球上接收到它发出的光的速度是(1-80%)c C．在类星体上测得它发出的光的速度是c D．在地球上测得它发出的光的速度是0.8c 5．（24-25高二上·广东湛江·期中）话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是（　　） A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了 B．弟弟因思念哥哥而加速生长了 C．由相对论可知，物体速度越大，在其上的时间进程就越慢，生理过程也越慢 6．（24-25高二上·上海·开学考试）关于恒星的说法正确的是（　　） A．极少数恒星有着和太阳相同的化学成分 B．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星刚刚诞生 C．恒星起源于宇宙中的气体、尘埃等物质 D．神秘天体—黑洞一般由小质量恒星演化形成 7．（23-24高一下·山西长治·期末）北京正负电子对撞机（）中有一台长的直线加速器，用于加速正负电子束。设该加速器能对电子施加一恒力，使电子从静止开始长时间地加速。对于这个过程，下列判断可能正确的是（　　） A．电子的速度将不断增大，最终将超过光速 B．电子先做加速运动，最后以光速做匀速直线运动 C．电子的速度接近光速时，牛顿运动定律将不再适用 D．电子是微观粒子，整个加速过程完全不能用牛顿运动定律解释 8．（24-25高一下·全国·单元测试）（多选）关于经典时空观和相对论时空观，下列说法正确的是（　　） A．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的 B．相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系 C．研究接近光速的粒子时经典力学不适用 D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别 9．（24-25高二上·浙江·开学考试）（多选）下列说法正确的是（    ） A．物体受恒力作用不可能做曲线运动 B．物体在做平抛运动时，任意相等时间内速度的变化量相等 C．洗衣机脱水、无缝钢管的制造都利用了离心运动 D．爱因斯坦的相对论时空观完全否定了牛顿力学的正确性 10．（23-24高一下·新疆巴音郭楞·期末）（多选）下列选项中，属于相对论时空观的基本假设的有（　　） 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．运动物体的长度跟物体的运动状态有关 D．物体运动的时间跟物体的运动状态有关 11．（23-24高一下·福建漳州·期末）（多选）牛顿经典力学与爱因斯坦的相对论是物理学史上的两座里程碑。关于经典力学与相对论，下列说法中正确的是（    ） A．爱因斯坦的狭义相对论全面否定了牛顿经典力学 B．牛顿经典力学只适用于宏观低速领域 C．在一切惯性系中，真空中测得的光速都一样 D．在地面上观察，接近光速飞行的飞船在运动方向上会变长 12．（23-24高一下·广东茂名·期末）（多选）下列关于牛顿力学和相对论的说法正确的是（　　） A．牛顿力学只适用于宏观世界中做低速运动的物体 B．相对论的出现，使牛顿力学失去了意义 C．相对论认为时间和空间并不是相互独立的 D．狭义相对论的其中一个基本假设是在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速不相同 13．（2024·上海黄浦·一模）学习了广义相对论后，某同学设想通过使空间站围绕过环心并垂直于环面的中心轴旋转，使空间站中的航天员获得“人造重力”解决太空中长期失重的问题。 (1)（多选）广义相对论的基本原理是（    ） A．相对性原理 B．光速不变原理 C．等效原理 D．广义相对性原理 E．质能关系 (2)如图所示，空间站的环状管道外侧壁到转轴的距离为r。航天员（可视为质点）站在外侧壁上随着空间站做匀速圆周运动，为了使其受到与在地球表面时相同大小的支持力，空间站的转速应为 （地面重力加速度大小用g表示）。 【素养提升】 14.（24-25高二上·上海闵行·期中）2021年10月17日，神舟十三号载人飞船出征太空，并成功与中国空间站组合体完成自主对接、出舱，以及在轨驻留六个月，空间站绕地球一圈约90分钟。驻留期间，航天员进行了“天宫课堂”授课，王亚平抛出一只“冰墩墩”后，“冰墩墩”沿抛出方向近似匀速直线前进。 （1）根据下列器材在地面上使用时的主要功能，航天员在空间站中同样可以正常使用的是（　　） A．单摆演示器 B．弹簧拉力器 C．家用体重秤 D．哑铃 （2）．神舟十三号与空间站对接过程中， （选填：A．可以  B．不可以）把神舟十三号看作质点。 （3）．“天宫课堂”中，“冰墩墩”近似匀速直线前进，这一过程中“冰墩墩”受到（　　） A．万有引力 B．向心力 C．离心力 （4）空间站绕地球运行的角速度约为 rad/s。（保留2位有效数字）。 （5）空间站的速度 第一宇宙速度（选涂：A．大于B．等于C．小于）；同步地球卫星的周期为 小时。 （6）空间站绕地球运行的轨道半径，约为地球静止卫星绕地球运行的轨道半径的（　　） A． B． C． （7）考虑相对论效应，在高速飞行的空间站里的时钟走过10s，理论上站在地面上的观察者手里的时钟走过的时间（　　） A．大于10s B．小于10s C．等于10s D．都有可能 15．（23-24高一下·上海闵行·期末）相对论 随着科技不断发展，越来越多的实验证明了相对论的正确性。（真空中的光速为c）如图，若某车厢以0.9c速度在地面上向右做匀速直线运动，车厢中央有一点光源，车厢内可视为真空。 （1）下列现象中属于狭义相对论效应的是（　　） A．质量不变 B．质量减小 C．时间膨胀 D．时间不变 （2）地面观察者看来，点光源发出的一闪光（　　） A．先到达车厢前壁 B．先到达车厢后壁 C．同时到达车厢前壁和后壁 （3）若该车厢的固有长度为L0，地面观察者测得该车厢的长度为L，则（　　） A．L>L0 B．L<L0 C．L=L0 16．（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 （2）一束光从空气射向折射率为的某种介质，若反向光线与折射光线垂直，则入射角为 。真空中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为 ； （3）将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂，下湍系上质量为m的物块，将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆周期公式推算出物块做简谐运动的周期 。 【能力培优】 17.（23-24高一下·上海·期中）我国开展的火星和空间探测，卓有成就。 （1）两个人造卫星是在同一圆形轨道上绕火星运行，它们的质量关系为，则它们运行的线速度大小关系为（　　） A． B． C． D． （2）两火星卫星公转的周期分别是、，轨道视为圆，引力常量为G、则a、b公转半径之比为 ，据上述信息 （选涂：A．能，B．不能）求出火星的质量。 （3）（多选）“天问一号”被火星捕获后，经一系列变轨进入如图的椭圆停泊轨道。P为椭圆的近火点，Q为远火点。关于探测器在停泊轨道上的运动（忽略其他天体的影响）。下列说法正确的有（　　） A．探测器的机械能守恒 B．探测器经过P点时的速度最大 C．探测器经过Q点时的加速度最小 D．探测器经过Q点时做离心运动 （4）小明乘速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的小军，小军的飞行速度为0.5c，小明向小军发出一束光进行联络，则小明观测到该光束的传播速度为（　　） A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c （5）（论证）元元查资料发现，在地球上可以探测到子，子自身的平均寿命为，地球大气层的厚度。请你帮元元证明：寿命如此短的子以速度（c是真空中光速）运动时，可以穿过如此厚的大气层。 18.（23-24高一下·上海·阶段练习）太空电梯 太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备，如图是太空电梯升降舱与地球同步轨道上的太空站相连。将乘客送入距地球高度h约米的一座太空站。地球的质量约为，地球的半径R约为，引力常量。 （1）太空站的速度 第一宇宙速度（选涂：A．大于 B．等于 C．小于）；周期约为 。 （2）地面上观察者测出高速上升的太空电梯从地面到太空站的时间为，而乘客测得的时间为，则下列选项正确的是（　　） A． B． C． （3）当“太空电梯”停在距地面高度为h处，地球的自转不可忽略且地球可视为均质球体，关于“太空电梯”里的宇航员，下列说法中正确的是（　　） A．当时，宇航员绕地心运动的线速度大小约为 B．当h与地球静止卫星距地面高度相同时，宇航员处于完全失重状态 C．h越小，宇航员绕地心运动的向心加速度越大 D．h越大，宇航员绕地心运动的角速度越大，线速度越小 （4）如图为加速度a与太空电梯距地心的距离r的关系图像，图线A为地球对太空电梯的引力产生的加速度大小，图线B表示太空电梯静止时的向心加速度大小，R表示地球半径。求： ①太空电梯从地表以的加速度启动，质量为m的乘客承受的压力F；为了安全，乘客应保持什么姿势； ②太空电梯匀速上升阶段乘客受到升降舱作用力大小的变化情况； ③分析说明并估算图中的数值大小。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！12 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$