7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-2024-2025学年高一物理精品讲义（知识梳理+考点精讲）（人教版2019必修二）

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 1. 知道爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。 2. 知道时间延缓效应和长度收缩效应、知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3. 知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。 知识点一：绝对时空观 1. 研究对象的特点 (1)低速运动：运动速度远小于光速。如射出的子弹跟光速相比也属于低速。 (2)宏观物体：肉眼可见的物体就属于宏观物体。 我们通常所接触的物体都是宏观物体，所接触的运动都属于低速运动，牛顿运动定律适用于低速、宏观物体的运动。 2. 绝对时空观——牛顿力学时空观 绝对时空观认为时间和空间是两个独立的概念，彼此之间没有联系。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参考系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参考系中观察到的运动学量是不变的。 3. 惯性系和非惯性系 (1)惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性参考系，简称惯性系。一切相对于惯性系做匀速直线运动或者静止的参考系也是惯性系。 (2)非惯性系：相对于惯性系做加速运动的参考系称为非惯性系。任何一个相对地面具有加速度的物体都可以被当作非性系，牛顿运动定律对非惯性系不成立。 知识点二：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. 时间延缓效成 如果相对于地面以速度v运动的惯性参考系中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，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为，那么两者间的关系：，由于，所以总有，此种情况称为时间延缓效应。 【点拨】时间延缓效应概念理解 时间延缓效应的核心是：观察某个过程所用的时间时，静止在地面上观察所用时间比在高速运动物体上观察所用时间长。 3. 长度收缩效应 如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是：，由于，所以总有，此种情况称为长度收缩效应。 【点拨】长度收缩效应的概念理解 （1）长度收缩效应的核心是：测量某物体的长度时，在高速运动物体上所测物体的长度比静止在地面上所测物体的长度短; （2）只要两者有相对速度，观察者都会看到长度收缩效应。 4. 经典力学与相对论的比较 项目 经典力学 相对论 适用范围 低速运动，宏观世界 任何情况都使用 速度的合成 遵守平行四边形法则 不遵守平行四边形法则 速度对质量的影响 质量不变 质量随其速度的增大而变大 速度对时间的影响 无影响 时间延缓效应 速度对长度的影响 无影响 长度收缩效应 联系 以下两种情况，相对论与经典力学的结论没有区别 ①物体的速度远小于光速c(3x108m/s)时; ②普朗克常量(6.63×10-34J·s)可以忽略不计时 知识点三：牛顿力学的成就与局限性 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。 知识点四：宇宙起源与恒星的演化 1、宇宙起源（宇宙大爆炸理论） （1）宇宙大爆炸理论是目前广泛接受的宇宙起源理论，它表明宇宙起源于一个极度热密的初始状态，然后经历了急剧膨胀。 （2）这一理论解释了宇宙中各种天体的分布、宇宙背景辐射以及宇宙的演化历史。 （3）它是由比利时天文学家乔治•勒梅特和美国天文学家埃德温•哈勃等人提出的。 2、恒星的演化 （1）恒星初级阶段：由星云向外辐射能量，所形成的的反向推力聚集而成，类似于水的冷凝。 （2）恒星阶段：当初始星云，具备了向内运动的动力，并且聚集之后，突破星云物质分子、原子，释放大量热能的同时释放出十分巨大的空间。 （3）恒星衰老之后的演变取决于恒星的质量：当质量足够大能够压破原子核，就能形成中子星；大到能够压迫中子就可能形成所谓的黑洞；当然恒星质量不足，最终无法进入下一个阶段，只能衰变为白矮星。 【考点一：爱因斯坦的两个假说】 1．下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦的狭义相对论认为运动的时钟变快 B．狭义相对论认为一切物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式 C．在高速运动情况下，经典力学的规律仍然适用 D．可以通过力学实验区分均匀引力场和一个做匀加速运动的参考系 1-1.如图所示，一列火车在A、B间以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源某次发出的闪光同时到达A、B两点，那么按照火车上人的测量，该次闪光（　　） A．先到达A点 B．先到达B点 C．同时到达A、B点 D．无法确定 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 1-3若沿空间站运动方向向前发出一束激光，设真空中的光速为c，空间站对地速度为v，则地面上观察者测得的光速为（    ） A． B．c C． D．无法确定 1-4.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 。    【考点二：时间延缓效应】 2.（多选）世界上有各式各样的钟：砂钟、石英钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法（　　） A．正确 B．错误 C．若变慢，则变慢程度相同 D．若变慢，则与钟的种类有关系 2-1. 以高速列车为例（如图所示），假定车厢安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水，车上的人测得，墨水在t1′、t2′两个时刻在地面形成P、Q两个墨点，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Δτ=t2′-t1′，地面观察者测得的时间间隔为Δt=t2-t1，则Δτ与Δt的关系是（　　）      A．Δτ>Δt B．Δτ<Δt C．Δτ=Δt D．无法确定 2-2.地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在高速运动的火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说（如图所示），哪个事件先发生（　　）    A．A事件先发生 B．B事件先发生 C．两个事件同时发生 D．可能是A事件先发生，也可能是B事件先发生 2-3按照爱因斯坦的狭义相对论，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而 （填“增大”、“减小”或“不变”），同时，空间和时间会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生 效应和 效应。 2-4 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 【考点三：长度收缩效应】 3．真空中光速为c。如图为一车厢，向右作匀速直线运动，，车厢内中心有一光源，上方有一个接收器，车厢内可视为真空。车厢内的人测得车厢长为，则地面上的人测得车厢长为，则（　　） A． B． C． D．无法判断 3-1．（多选）如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。下列说法正确的是（　　）    A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖 B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖 D．相对梭镖静止的观察者看到管子变短，在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 3-2.两相同的米尺，分别静止于两个相对运动的惯性参考系S和S′中，若米尺都沿运动方向放置，则（　　） A．S系的人认为S′系的米尺要短些 B．S′系的人认为S系的米尺要长些 C．两系的人认为两系的米尺一样长 D．S系的人认为S′系的米尺要长些 【考点四：牛顿力学的成就与局限性】 4．下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是（   ） A．“高鸟黄云暮”中的运动 B．“卢水胡”部落中的骑马射箭、挥刀逐鹿 C．“三体”小说中的光速飞船 D．“逐道”训练时，在空中的啦啦操队员 4-1（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 4-2 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 4-3关于经典的牛顿力学，下列说法正确的是（　　） A．早晨绕操场跑步的同学，经典的牛顿力学已不再适用 B．在东湖绿道骑行的游客，经典的牛顿力学已不再适用 C．绕氢原子核高速运动的电子，经典的牛顿力学已不再适用 D．遥感三十四号02星送人预定轨道后，经典的牛顿力学已不再适用 4-4 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 4-5 （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 4-6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。 【考点五：宇宙起源与恒星的演化】 5.太阳的寿命估计为100亿年，目前已度过了约50亿年，当太阳耗尽核燃料后，最终将会演化变成（　　） A．主序星 B．白矮星 C．中子星 D．红巨星 5-1 在体积巨大、表面温度较低的红巨星形成之后，若恒星外层物质不断膨胀，将形成（　　） A．白矮星 B．超新星 C．行星状星云 D．中子星 5-2 （多选）宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕两球心连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（  ） A．双星相互间的万有引力不变 B．双星做圆周运动的角速度均增大 C．双星做圆周运动的周期均变大 D．双星做圆周运动的半径均增大 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 1. 知道爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。 2. 知道时间延缓效应和长度收缩效应、知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3. 知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。 知识点一：绝对时空观 1. 研究对象的特点 (1)低速运动：运动速度远小于光速。如射出的子弹跟光速相比也属于低速。 (2)宏观物体：肉眼可见的物体就属于宏观物体。 我们通常所接触的物体都是宏观物体，所接触的运动都属于低速运动，牛顿运动定律适用于低速、宏观物体的运动。 2. 绝对时空观——牛顿力学时空观 绝对时空观认为时间和空间是两个独立的概念，彼此之间没有联系。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参考系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参考系中观察到的运动学量是不变的。 3. 惯性系和非惯性系 (1)惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性参考系，简称惯性系。一切相对于惯性系做匀速直线运动或者静止的参考系也是惯性系。 (2)非惯性系：相对于惯性系做加速运动的参考系称为非惯性系。任何一个相对地面具有加速度的物体都可以被当作非性系，牛顿运动定律对非惯性系不成立。 知识点二：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. 时间延缓效成 如果相对于地面以速度v运动的惯性参考系中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，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为，那么两者间的关系：，由于，所以总有，此种情况称为时间延缓效应。 【点拨】时间延缓效应概念理解 时间延缓效应的核心是：观察某个过程所用的时间时，静止在地面上观察所用时间比在高速运动物体上观察所用时间长。 3. 长度收缩效应 如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是：，由于，所以总有，此种情况称为长度收缩效应。 【点拨】长度收缩效应的概念理解 （1）长度收缩效应的核心是：测量某物体的长度时，在高速运动物体上所测物体的长度比静止在地面上所测物体的长度短; （2）只要两者有相对速度，观察者都会看到长度收缩效应。 4. 经典力学与相对论的比较 项目 经典力学 相对论 适用范围 低速运动，宏观世界 任何情况都使用 速度的合成 遵守平行四边形法则 不遵守平行四边形法则 速度对质量的影响 质量不变 质量随其速度的增大而变大 速度对时间的影响 无影响 时间延缓效应 速度对长度的影响 无影响 长度收缩效应 联系 以下两种情况，相对论与经典力学的结论没有区别 ①物体的速度远小于光速c(3x108m/s)时; ②普朗克常量(6.63×10-34J·s)可以忽略不计时 知识点三：牛顿力学的成就与局限性 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。 知识点四：宇宙起源与恒星的演化 1、宇宙起源（宇宙大爆炸理论） （1）宇宙大爆炸理论是目前广泛接受的宇宙起源理论，它表明宇宙起源于一个极度热密的初始状态，然后经历了急剧膨胀。 （2）这一理论解释了宇宙中各种天体的分布、宇宙背景辐射以及宇宙的演化历史。 （3）它是由比利时天文学家乔治•勒梅特和美国天文学家埃德温•哈勃等人提出的。 2、恒星的演化 （1）恒星初级阶段：由星云向外辐射能量，所形成的的反向推力聚集而成，类似于水的冷凝。 （2）恒星阶段：当初始星云，具备了向内运动的动力，并且聚集之后，突破星云物质分子、原子，释放大量热能的同时释放出十分巨大的空间。 （3）恒星衰老之后的演变取决于恒星的质量：当质量足够大能够压破原子核，就能形成中子星；大到能够压迫中子就可能形成所谓的黑洞；当然恒星质量不足，最终无法进入下一个阶段，只能衰变为白矮星。 【考点一：爱因斯坦的两个假说】 1．下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦的狭义相对论认为运动的时钟变快 B．狭义相对论认为一切物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式 C．在高速运动情况下，经典力学的规律仍然适用 D．可以通过力学实验区分均匀引力场和一个做匀加速运动的参考系 【答案】B 【详解】A．狭义相对论认为运动的时钟变慢，故A错误； B．狭义相对论认为所有惯性系是等价的，一切物理规律在惯性系中都有相同的形式，故B 正确； C．在高速运动情况下，经典力学的规律不再适用，故C错误； D．一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，不能通过力学实验来区分，故D错误。 故选B。 1-1.如图所示，一列火车在A、B间以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源某次发出的闪光同时到达A、B两点，那么按照火车上人的测量，该次闪光（　　） A．先到达A点 B．先到达B点 C．同时到达A、B点 D．无法确定 【答案】A 【详解】地面上的人以地面为参考系，光向前、向后传播的速度相等，光源该次发出的闪光同时到达A、B点，向前传播的路程与向后传播的路程相同。车厢中的人以车厢为参考系，光向前、向后传播的速度相等，A点与光相向运动，B点与光同向运动，该次闪光先到达A点。 故选A。 或 故选B。 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 【答案】AB 【详解】狭义相对论的两个基本假设： ①物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，这叫做相对性原理；　 ②在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫光速不变原理，它告诉我们光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度；　 2、狭义相对论的几个基本结论： ①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了； ②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点； ③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大。 则属于狭义相对论基本假设的有AB；而CD为狭义相对论的基本结论。 故选AB。 1-3若沿空间站运动方向向前发出一束激光，设真空中的光速为c，空间站对地速度为v，则地面上观察者测得的光速为（    ） A． B．c C． D．无法确定 【答案】B 【详解】根据光速不变原理，真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。 故选B。 1-4.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 。    【答案】 c c 【详解】[1][2]根据爱因斯坦狭义相对论的光速不变原理可知，无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。可知B观测到该光束的传播速度为c，A观测到该光束的传播速度也为c。 【考点二：时间延缓效应】 2.（多选）世界上有各式各样的钟：砂钟、石英钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法（　　） A．正确 B．错误 C．若变慢，则变慢程度相同 D．若变慢，则与钟的种类有关系 【答案】AC 【详解】将不同类型的两架钟调整到时间相同，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子匀速运动。如果运动对一架钟的影响比另一架大，则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别，因而可以知道盒子是在运动，显然这违反了相对论的基本原理：一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态，还是匀速运动状态的。所以一架钟变慢时，所有钟必定都变慢，且变慢的程度一定严格相等。 故选AC。 2-1. 以高速列车为例（如图所示），假定车厢安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水，车上的人测得，墨水在t1′、t2′两个时刻在地面形成P、Q两个墨点，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Δτ=t2′-t1′，地面观察者测得的时间间隔为Δt=t2-t1，则Δτ与Δt的关系是（　　）      A．Δτ>Δt B．Δτ<Δt C．Δτ=Δt D．无法确定 【答案】B 【详解】根据时间的相对性Δt= 且 所以Δt>Δτ 故选B。 故选A。 2-2.地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在高速运动的火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说（如图所示），哪个事件先发生（　　）    A．A事件先发生 B．B事件先发生 C．两个事件同时发生 D．可能是A事件先发生，也可能是B事件先发生 【答案】B 【详解】可以设想，在事件A发生时，A处发出一个闪光，在事件B发生时，B处发出一个闪光，两闪光相遇作为一个事件，发生在线段AB的中点，这在不同的参考系中看都是一样的。这个现象在地面参考系中很容易解释，两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇。火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭的方向运动，从闪光发生到两闪光相遇，线段中点向火箭的方向运动了一段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的传播速度相同，一定是闪光B发出得早一些，所以B事件先发生，故A、C、D错误，B正确。 故选B。 2-3按照爱因斯坦的狭义相对论，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而 （填“增大”、“减小”或“不变”），同时，空间和时间会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生 效应和 效应。 【答案】 增大 钟慢 尺缩 【详解】[1][2][3]按照爱因斯坦的狭义相对论，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而增大，同时空间和时间会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生钟慢效应和尺缩效应。 2-4 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 【详解】根据时间的相对性可得 所以 故选B。 【考点三：长度收缩效应】 3．真空中光速为c。如图为一车厢，向右作匀速直线运动，，车厢内中心有一光源，上方有一个接收器，车厢内可视为真空。车厢内的人测得车厢长为，则地面上的人测得车厢长为，则（　　） A． B． C． D．无法判断 【答案】C 【详解】根据尺缩效应，车厢内的人测得车厢长为，则地面上的人测得车厢长为 故选C。 3-1．（多选）如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。下列说法正确的是（　　）    A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖 B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖 D．相对梭镖静止的观察者看到管子变短，在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 【答案】AD 【详解】ABC．根据狭义相对论的尺缩效应，如果梭镖相对于观察者运动，那么梭镖收缩变短，而管子长度不变，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，选项A正确，BC错误； D．管子相对梭镖高速运动，由尺缩效应可知相对梭镖静止的观察者看到管子变短，在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来，选项D正确。 故选AD。 3-2.两相同的米尺，分别静止于两个相对运动的惯性参考系S和S′中，若米尺都沿运动方向放置，则（　　） A．S系的人认为S′系的米尺要短些 B．S′系的人认为S系的米尺要长些 C．两系的人认为两系的米尺一样长 D．S系的人认为S′系的米尺要长些 【答案】A 【详解】由 可知两系的人认为另一系的米尺要短些。 故选A。 【考点四：牛顿力学的成就与局限性】 4．下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是（   ） A．“高鸟黄云暮”中的运动 B．“卢水胡”部落中的骑马射箭、挥刀逐鹿 C．“三体”小说中的光速飞船 D．“逐道”训练时，在空中的啦啦操队员 【答案】C 【详解】经典的牛顿力学只适用于宏观低速物体，不适用与微观高速粒子的运动，则不适用于“三体”小说中的光速飞船的运动。 故选C。 4-1（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 【答案】BC 【详解】AB．牛顿力学理论具有一定的局限性，它只适用于低速、宏观物体的运动，故A错误，B正确； C．在牛顿力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变，即物体的质量和物体运动的速度无关，故C正确； D．相对论和量子力学并没有否定过去的科学，而是认为牛顿力学理论是在一定条件下的特殊情形，故D错误。 故选BC。 4-2 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 【详解】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。 4-3关于经典的牛顿力学，下列说法正确的是（　　） A．早晨绕操场跑步的同学，经典的牛顿力学已不再适用 B．在东湖绿道骑行的游客，经典的牛顿力学已不再适用 C．绕氢原子核高速运动的电子，经典的牛顿力学已不再适用 D．遥感三十四号02星送人预定轨道后，经典的牛顿力学已不再适用 【答案】C 【详解】ABD．经典牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，故ABD错误； C．经典力学对微观、高速的绕氢原子核高速运动的电子，已不再适用，故C正确。 故选C。 4-4 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 【详解】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。 4-5 （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 【详解】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。 4-6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。 【答案】 原子 牛顿 【详解】 [1][2]物理学家汤姆孙发现了电子，揭示了原子是可再分的，它由原子核和电子组成；牛顿发现了万有引力，被誉为“近代物理学之父”。 【考点五：宇宙起源与恒星的演化】 5.太阳的寿命估计为100亿年，目前已度过了约50亿年，当太阳耗尽核燃料后，最终将会演化变成（　　） A．主序星 B．白矮星 C．中子星 D．红巨星 【答案】B 【详解】太阳只是宇宙中一颗普通的恒星，寿命可达100亿年，太阳进入暮年后，会把所有的燃料都耗尽，成为一颗白矮星，最终化为另一种天体存在于宇宙中。 故选B。 5-1 在体积巨大、表面温度较低的红巨星形成之后，若恒星外层物质不断膨胀，将形成（　　） A．白矮星 B．超新星 C．行星状星云 D．中子星 【答案】A 【详解】红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。 故选A。 5-2 （多选）宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕两球心连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（  ） A．双星相互间的万有引力不变 B．双星做圆周运动的角速度均增大 C．双星做圆周运动的周期均变大 D．双星做圆周运动的半径均增大 【答案】CD 【详解】A．双星间的距离在不断缓慢增加，根据万有引力定律，则有 双星间的距离L在不断缓慢增加，可知万有引力减小，A错误； B．根据双星间的万有引力提供双星做圆周运动的向心力，则 双星间的距离L在不断缓慢增加，可知轨道半径都变大，F减小，角速度变小，B错误； CD．根据双星间的万有引力提供双星做圆周运动的向心力，则 可得 由以上可知，轨道半径比等于质量之反比，双星间的距离L=r1+r2变大，周期变大，故CD正确。 故选CD。 考点：万有引力定律及其应用。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$