7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（分层作业）物理人教版必修第二册

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（分层作业） 目录 【A 基础达标题】 一、狭义相对论的两个基本假设 二、同时的相对性 三、时间延缓效应 四、长度收缩效应 五、牛顿力学的成就与局限性 六、宇宙的起源与演化、恒星的演化 【B 能力提升题】 【C 拓展培优题】 【A 基础达标题】 一、狭义相对论的两个基本假设 1．（24-25高一下·江苏扬州·期末）光在真空中的速度为c，如果某飞船在以0.5c的速度向某一星球飞行时，发出一光信号进行提示。假设所有的星球均相对静止，则下列说法正确的是（　　） A. 该星球上的人观测到的光信号的速度为1.5c B. 该星球上的人观测到的光信号的速度为0.5c C. 星球上的人观测飞船上的时钟变慢了 D. 飞船上的人观测星球上的时钟变快了 【答案】C 【详解】AB．根据光速不变原理，任何惯性系中光速均为，即该星球上的人观测到的光信号的速度为c，故AB错误； C．根据狭义相对论的时间膨胀效应，运动的时钟变慢，飞船相对星球运动，故星球上的人观测飞船时钟变慢，C正确； D．结合上述，飞船上的人认为星球在运动，会观测到星球的时钟变慢而非变快，故D错误。 故选C。 2．如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为（　　） A. c＋v，c-v B. c，c C. c-v，c＋v D. 无法确定 【答案】B 【详解】【分析】 根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c。 故选B。 3．（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。 4．（25-26高一下·河北保定博野县·期末）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. 牛顿经典力学不仅适用于宏观低速运动，也适用于微观粒子的高速运动 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】C 【详解】A．爱因斯坦的狭义相对论没有全面否定牛顿经典力学，牛顿经典力学是狭义相对论在宏观低速条件下的近似，故A错误； B．牛顿经典力学仅适用于宏观低速运动的物体，不适用于微观粒子的高速运动，故B错误； C．根据狭义相对论的光速不变原理，在一切惯性系中，真空中测得的光速都相同，与光源、观测者的相对运动无关，故C正确； D．根据狭义相对论的长度收缩效应，在地面上观察接近光速飞行的飞船时，飞船在运动方向上的长度会变短，故D错误。 故选C。 5．相对论时空观 阅读教材第65~67页，完成下列问题。 （1）1887年的　　　　　　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　　　。 （2）爱因斯坦假设：在不同的　　　　　　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　　　的。 （3）时间延缓效应关系式：　　　　　　　　　　　　　。 （4）长度收缩效应关系式：　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）① 迈克耳孙—莫雷    ② 不符     （2）① 惯性参考系    ② 相同     （3）     （4）      【详解】(1)题详解： 1887年的迈克耳孙—莫雷实验原本旨在验证以太的存在，却意外得到了不同参考系中光速不变的结论，这和牛顿力学的伽利略速度变换规律直接冲突，牛顿力学认为不同参考系中光速会随参考系速度叠加变化。 (2)题详解： 这是爱因斯坦狭义相对论的两条基本假设：第一条为相对性原理，指出所有惯性参考系的物理规律形式等价；第二条为光速不变原理，明确真空中光速在任意惯性系中都是恒定值，和光源、参考系的相对运动无关。 (3)题详解： 时间延缓效应的核心是：相对事件运动的参考系中测得的时间间隔，会大于事件的固有时，运动速度越快，时间流逝越慢。时间延缓效应关系式：，其中为固有时，即相对事件发生地静止的参考系中测得的时间间隔，为参考系相对运动速度，为真空中的光速。 (4)题详解： 长度收缩效应仅发生在沿相对运动的方向上，相对物体运动的观测者测得的沿运动方向的物体长度，会小于物体的固有长度。长度收缩效应关系式：，其中为固有长度，即相对物体静止的参考系中测得的物体长度，为相对物体以速度运动的参考系中测得的沿运动方向的物体长度。 二、同时的相对性 6．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。 7．如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（　　）     A. 测得照到前壁的光速度小于c B. 观测到飞船上的时间进程比教室慢 C. 测得教室的长度小于 D. 观察到光同时到达前、后壁 【答案】C 【详解】AD．根据光速不变原理，不论光源与观察者之间做怎样的相对运动，光速都是一样的等于，教室相对于飞船向左运动，则光到前壁的路程变短，光先到达前壁，故AD错误； BC．根据爱因斯坦的相对论，可知飞太空飞船上的观察者认为看到教室中的时钟变慢，即观测到飞船上的时间进程比教室快，教室的长度变短小于，故B错误，C正确。 故选C。 8．一列火车在前进中，车头和车尾各遭到一次闪电轰击。据车上的一个观察者测定，这两次轰击是同时发生的。则车上的观察者位于　　　　　　　　　（A．车前部B．车正中C．车后部，选填“”、“”或“”），对于铁路边地面上观察者来说，　　　　　　　　　（A．车头先B．车尾先C．头尾同时，选填“”、“”或“”）受到轰击。 【答案】① B    ② B 【详解】[1]由于车上的观察者测定两次轰击是同时发生的，根据光速不变原理，说明观察者在火车的中间。 故选B。 [2]在地面观察者看来，闪电发出的同时，车也向前运动，故车尾先遭到轰击。 故选B。 三、时间延缓效应 9．子低速运动时的平均寿命是3.0μs。当子以0.99的速度飞行，下列说法中正确的是（       ） A. 选择子为参考系，此时子的平均寿命大于3.0μs B. 对于地面上的观测者来说，此时子的平均寿命是3.0μs C. 若观测者和子一起飞向地面，观测者认为大气层厚度变小 D. 若观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速小于 【答案】C 【详解】A．选择子为参考系，此时子的平均寿命就等于低速运动时的平均寿命3.0μs，A错误； B．根据钟慢效应，对于地面上的观测者来说，高速飞行的子的平均寿命大于3.0μs ，B错误； C．根据尺缩效应，如果观察者和子一起飞向地面，观察者认为大气层厚度变小，C正确； D．根据光速不变原理，如果观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速等于，D错误。 故选C。 10．（24-25高一下·河北唐山·月考）A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行。按照狭义相对论进行分析，地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是（　　） A. A时钟 B. B时钟 C. C时钟 D. A、B、C时钟的快慢一样 【答案】C 【详解】根据公式 可知相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢；A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行，可知地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是C时钟。 故选C。 11．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的观察者和火箭中的工作人员观察到的现象，下列说法正确的是（　　） A. 地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 B. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变慢了 C. 火箭中的工作人员观察到火箭的长度不变而时间进程却变化了 D. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变快了 【答案】A 【详解】ABD．根据爱因斯坦相对论可知，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了。故A正确，BD错误。 C．运动是相对的，火箭上的人员观察到火箭的长度不变而时间进程也不变，故C错误。 故选A。 12．（24-25高一下·陕西西安·月考）若在速度为8km/s的飞船上有一只完好的手表走过了1min，则地面上的人认为它走过这1min钟“实际”上花的时间最接近的是（　　） A. 0.5min B. 1min C. 5min D. 10min 【答案】B 【详解】在飞船上观测到的时间是1min，由于相对论相应，则地面上看到的时间 故选B。 四、长度收缩效应 13．（25-26高一下·福建漳州·期末）如图，宇航员驾驶宇宙飞船在观察者上方高速水平飞过。根据狭义相对论可知，与坐在飞船里的宇航员的观测结果相比，地面上静止的观察者观测到飞船的长度　　　　　　　　　（填“更小”、“更大”或“一样大”），飞船的高度　　　　　　　　　（填“更小”、“更大”或“一样大”）。 【答案】① 更小    ② 一样大 【详解】[1]根据狭义相对论的“长度收缩”效应，物体在运动方向上的长度被观测者测量时会变短，而垂直于运动方向上的长度不变。飞船水平飞行，运动方向为水平方向，因此飞船的长度（沿运动方向）发生收缩，地面上静止的观察者测得的长度比飞船内的宇航员测得的固有长度更小。 [2]飞船的高度（垂直于运动方向）不受长度收缩效应影响，因此地面上观察者测得的高度与宇航员测得的高度一样大。 14．（24-25高二下·上海·期末）惯性系S中有一静止的边长为l的正方形（轮廓如虚线框所示），从相对S系沿如图中所示方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像（灰色区域）是（　　） A.  B.  C.  D.  【答案】C 【详解】由相对论尺缩效应可知运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变。 故选C。 15．假如汽车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，汽车里的乘客者看到沿公路的电线杆之间的距离　　　　　　　　　　　，而地面上的观察者看到汽车车窗的高度　　　　　　　　　　。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】① 变小    ② 不变 【详解】[1][2]当汽车以接近光速从观察者身边飞驰而过，根据相对论尺缩效应可知，火车里的观察者看到电线杆距离变小，同时，地面上的观察着看到车厢长度变短，而车厢高度不变。 16．根据相对论物理学，下列说法正确的是（        ） A. 一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短 B. 一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿会变粗 C. 宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了 D. 宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了 【答案】C 【详解】AB．根据长度收缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短；尺子若沿垂直尺子运动方向高速运动，尺子的长度不会发生变化，故AB错误； C．根据时间延缓效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船在做高速运动，所以飞船上的时钟变慢了，故C正确； D．根据时间延缓效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船是静止的，所以飞船上的时钟没有变慢，正常走时，故D错误。 故选C。 五、牛顿力学的成就与局限性 17．（24-25高一下·陕西靖边县·月考）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. 当物体的运动速度远小于光速时，经典力学是适用的 B. 经典力学认为时间和空间与物体及其运动有关系 C. 相对论时空观适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题 D. 相对论时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的 【答案】A 【详解】A．经典力学在物体速度远小于光速时适用，例如日常宏观物体的运动，故A正确； B．牛顿力学主张绝对时空观，认为时空独立于物体运动，而相对论提出时空与物质运动相关，故B错误； C．相对论适用于高速(接近光速)或强引力场的情况，而经典力学适用于低速，故C错误； D．相对论时空观明确否定时空的独立性，强调时空与物质运动的联系，故D错误。 故选A。 18．（24-25高一下·广东湛江·期中）下列物体的运动不能用牛顿力学描述的是（　　） A. 飞机的飞行 B. 人造卫星的运行 C. 小汽车的行驶 D. 光子的运动 【答案】D 【详解】A．飞机的飞行属于宏观低速运动，牛顿力学适用，故A错误； B．人造卫星的运行速度虽快，但远低于光速，仍可用牛顿力学近似描述，故B错误； C．小汽车的行驶是典型的宏观低速运动，牛顿力学完全适用，故C错误； D．光子是微观粒子且以光速运动，需用量子力学和相对论描述，牛顿力学无法适用，故D正确。 故选D。 19．判断下列说法的正误。 （1）在牛顿力学中，长度的测量与参考系的运动情况无关。（　　） （2）光速不变原理是指在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速是不变的。（　　） （3）牛顿力学是以牛顿的三大定律为基础的。（　　） （4）牛顿力学在任何情况下都适用。（　　） （5）相对论和量子力学的出现使牛顿力学失去了意义。（　　） 【答案】（1）正确     （2）正确     （3）正确     （4）错误     （5）错误      【详解】(1)题详解： 牛顿力学属于经典时空观范畴，默认空间是绝对的，长度的测量结果不会随参考系的运动状态发生变化，该说法正确。 (2)题详解： 光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，其定义就是在所有惯性参考系中，测量得到的真空中光速都是恒定值c，与光源、观测者的相对运动无关，该说法正确。 (3)题详解： 牛顿力学（经典力学）的理论体系完全建立在牛顿运动三大定律、万有引力定律等基础规律之上，该说法正确。 (4)题详解： 牛顿力学仅适用于宏观、低速的弱引力场景，在微观粒子领域、接近光速的高速运动场景下不再成立，并非任何情况都适用，该说法错误。 (5)题详解： 相对论和量子力学是对物理规律在高速、微观领域的拓展，牛顿力学是二者在宏观低速条件下的近似规律，在日常工程、生活场景中依然有极高的实用价值，并没有失去意义，该说法错误。 六、宇宙的起源与演化、恒星的演化 20．按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（　　） A. 小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星 B. 恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C. 超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 D. 星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 【答案】B 【详解】A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度不是极小的，故A错误； B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星，故B正确； C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云的组成部分，而后这些星云会收缩成为一颗新的恒星，故C错误； D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，恒星就形成了，故D错误。 故选B。 【B 能力提升题】 21．（2025·广东·开学考）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 【详解】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。 22．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。 23．（24-25高一下·江苏无锡·期中）如图所示，两辆静止时完全相同的飞船，甲乘坐的飞船静止，乙乘坐的飞船高速向右匀速行驶。此时在乙看来，甲乘坐的飞船的长度______；在甲看来，乙乘坐的飞船的高度______。 A. 变长；无变化 B. 变短；无变化 C. 变短；变矮 D. 变长；变矮 【答案】B 【详解】由题意，根据相对论的“尺缩效应”，即 为物体的固有长度，为物体运动的速度。可知，在甲看来，乙乘坐的飞船长度缩短了，同理在乙看来，甲乘坐的飞船的长度也变短；此时在甲看来，在垂直乙飞船的运动方向上，所以观察到乙乘坐的飞船的高度无变化。 故选B。 24．（多选）以下说法正确的是（       ） A. 经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B. 经典力学理论具有一定的局限性 C. 在经典力学中，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经典力学理论 【答案】BC 【详解】AB．经典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，A错误，B正确； C．在经典力学中，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，C正确； D．相对论和量子力学并没有否定过去的科学，而是认为经典力学理论是在一定条件下的特殊情形，D错误。 故选BC。 25．（25-26高一下·江西武宁尚美·期中）在地面上有一铁轨长1000米，一列车从起点到终点用了50秒，现从以的速率沿铁轨方向向前匀速飞行的飞船中观察（时间延缓公式：，长度收缩公式： （1）铁轨有多长？ （2）列车从起点到终点所用时间为多少？ 【答案】（1）800m     （2）62.5s      【详解】(1)小问详解： 由长度收缩公式，可知从以的速率沿铁轨方向向前匀速飞行的飞船中观察铁轨的长度 (2)小问详解： 由时间延缓公式，可知从以的速率沿铁轨方向向前匀速飞行的飞船中观察列车从起点到终点所用时间为 【C 拓展培优题】 26．（2016·江苏·高考真题）一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是（       ） A. 飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B. 地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C. 飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D. 地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 【答案】B 【详解】AB．根据狭义相对论可知，沿相对运动方向的长度缩短，所以地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m，飞船上的人测量飞船的长度等于30m，A错误；B正确； CD．根据光速不变原理，飞船上和地球上测量光的速度都等于c，CD错误。 故选B。 27．（2017·江苏·高考真题）（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 【答案】AC 【详解】AB．根据时间延缓效应可知运动的钟会变慢，由于飞船上的人观测飞船上的钟是静止的，观测到地球上的钟是运动的，因此飞船上的人观测到地球上的钟变慢，即飞船上的钟相对于地面上的钟快，故A正确、B错误； CD．同理，地球上的人观测到飞船上的钟是运动的，观测到地球上的钟是静止的，因此地球上的人观测到飞船上的钟变慢，即地球上的钟比飞船上的钟快，故C正确、D错误。 故选AC。 28．如图所示，甲乘坐高速飞船路过某地，对于飞船中的人甲和地面上的人乙，说法正确的是（        ） A. 乙向右发射一束光，甲观察到这束光的速度为0.4c B. 乙观察到甲的身高变矮 C. 甲观察到乙的时间进程变慢 D. 乙看到A、B两地同时发生爆炸，则甲观察到A地先发生爆炸 【答案】C 【详解】A．根据光速不变原理，在任何惯性参考系中，光在真空中的速度都是c，与光源和观测者的相对运动无关。所以甲观察到这束光的速度仍为c，故A错误； B．长度收缩只发生在运动方向上，甲的身高方向与飞船运动方向垂直，所以乙观察到甲的身高不会变化，故B错误； C．根据狭义相对论的时间膨胀效应，在甲的参考系中，乙相对于甲向左运动，因此甲会观测到乙的时间进程变慢，故C正确； D．根据同时的相对性，乙看到 A、B 两地同时爆炸，甲相对于乙向右运动，甲会观察到B 地先发生爆炸，故D错误。 故选C。 29．科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明（　　） A. 宇宙处在不断的膨胀中 B. 银河系是一个庞大的天体系统 C. 太阳是太阳系的中心天体 D. 太阳和太阳系最终也会走向“死亡” 【答案】A 【详解】A．由题目给出的信息可知，星系之间的距离在不断扩大，那么整个宇宙的体积也就在不断的扩大，也就是整个宇宙在不断的膨胀中，故A正确； B．据材料“宇宙中星系间的距离在不断扩大”说明宇宙在扩大，而不是说明银河系是一个庞大的天体系统，故B错误。 C．太阳是太阳系的中心天体，但是与宇宙在扩大无关，故C错误； D．太阳和太阳系最终也会走向“死亡”，但是材料表述的是宇宙在扩大，故D错误。 故选A。 30．（25-26高一下·安徽临泉田家炳实验·期中）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走得快些，运动的尺子会变长 B. 相对论与量子力学并不否定牛顿力学，只是认为牛顿力学有其适用范围 C. 牛顿力学不适用于天问一号探测器在火星着陆时的运动 D. 在牛顿力学中，物体的质量随运动状态的改变而改变 【答案】B 【详解】A．相对论时空观认为运动的时钟会走得慢些，运动的尺子会变短，故A错误； B．相对论和量子力学都没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论在低速情况下的近似，故B正确； C．牛顿力学适用于宏观物体的低速运动，适用于天问一号探测器在火星着陆时的运动，故C错误； D．在牛顿力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变，故D错误。 故选B。 / 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（分层作业） 目录 【A 基础达标题】 一、狭义相对论的两个基本假设 二、同时的相对性 三、时间延缓效应 四、长度收缩效应 五、牛顿力学的成就与局限性 六、宇宙的起源与演化、恒星的演化 【B 能力提升题】 【C 拓展培优题】 【A 基础达标题】 一、狭义相对论的两个基本假设 1．（24-25高一下·江苏扬州·期末）光在真空中的速度为c，如果某飞船在以0.5c的速度向某一星球飞行时，发出一光信号进行提示。假设所有的星球均相对静止，则下列说法正确的是（　　） A. 该星球上的人观测到的光信号的速度为1.5c B. 该星球上的人观测到的光信号的速度为0.5c C. 星球上的人观测飞船上的时钟变慢了 D. 飞船上的人观测星球上的时钟变快了 2．如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为（　　） A. c＋v，c-v B. c，c C. c-v，c＋v D. 无法确定 3．（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 4．（25-26高一下·河北保定博野县·期末）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. 牛顿经典力学不仅适用于宏观低速运动，也适用于微观粒子的高速运动 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 5．相对论时空观 阅读教材第65~67页，完成下列问题。 （1）1887年的　　　　　　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　　　。 （2）爱因斯坦假设：在不同的　　　　　　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　　　的。 （3）时间延缓效应关系式：　　　　　　　　　　　　　。 （4）长度收缩效应关系式：　　　　　　　　　　　　　。 二、同时的相对性 6．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 7．如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（　　）     A. 测得照到前壁的光速度小于c B. 观测到飞船上的时间进程比教室慢 C. 测得教室的长度小于 D. 观察到光同时到达前、后壁 8．一列火车在前进中，车头和车尾各遭到一次闪电轰击。据车上的一个观察者测定，这两次轰击是同时发生的。则车上的观察者位于　　　　　　　　　（A．车前部B．车正中C．车后部，选填“”、“”或“”），对于铁路边地面上观察者来说，　　　　　　　　　（A．车头先B．车尾先C．头尾同时，选填“”、“”或“”）受到轰击。 三、时间延缓效应 9．子低速运动时的平均寿命是3.0μs。当子以0.99的速度飞行，下列说法中正确的是（       ） A. 选择子为参考系，此时子的平均寿命大于3.0μs B. 对于地面上的观测者来说，此时子的平均寿命是3.0μs C. 若观测者和子一起飞向地面，观测者认为大气层厚度变小 D. 若观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速小于 10．（24-25高一下·河北唐山·月考）A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行。按照狭义相对论进行分析，地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是（　　） A. A时钟 B. B时钟 C. C时钟 D. A、B、C时钟的快慢一样 11．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的观察者和火箭中的工作人员观察到的现象，下列说法正确的是（　　） A. 地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 B. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变慢了 C. 火箭中的工作人员观察到火箭的长度不变而时间进程却变化了 D. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变快了 12．（24-25高一下·陕西西安·月考）若在速度为8km/s的飞船上有一只完好的手表走过了1min，则地面上的人认为它走过这1min钟“实际”上花的时间最接近的是（　　） A. 0.5min B. 1min C. 5min D. 10min 四、长度收缩效应 13．（25-26高一下·福建漳州·期末）如图，宇航员驾驶宇宙飞船在观察者上方高速水平飞过。根据狭义相对论可知，与坐在飞船里的宇航员的观测结果相比，地面上静止的观察者观测到飞船的长度　　　　　　　　　（填“更小”、“更大”或“一样大”），飞船的高度　　　　　　　　　（填“更小”、“更大”或“一样大”）。 14．（24-25高二下·上海·期末）惯性系S中有一静止的边长为l的正方形（轮廓如虚线框所示），从相对S系沿如图中所示方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像（灰色区域）是（　　） A.  B.  C.  D.  15．假如汽车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，汽车里的乘客者看到沿公路的电线杆之间的距离　　　　　　　　　　　，而地面上的观察者看到汽车车窗的高度　　　　　　　　　　。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 16．根据相对论物理学，下列说法正确的是（        ） A. 一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短 B. 一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿会变粗 C. 宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了 D. 宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了 五、牛顿力学的成就与局限性 17．（24-25高一下·陕西靖边县·月考）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. 当物体的运动速度远小于光速时，经典力学是适用的 B. 经典力学认为时间和空间与物体及其运动有关系 C. 相对论时空观适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题 D. 相对论时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的 18．（24-25高一下·广东湛江·期中）下列物体的运动不能用牛顿力学描述的是（　　） A. 飞机的飞行 B. 人造卫星的运行 C. 小汽车的行驶 D. 光子的运动 19．判断下列说法的正误。 （1）在牛顿力学中，长度的测量与参考系的运动情况无关。（　　） （2）光速不变原理是指在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速是不变的。（　　） （3）牛顿力学是以牛顿的三大定律为基础的。（　　） （4）牛顿力学在任何情况下都适用。（　　） （5）相对论和量子力学的出现使牛顿力学失去了意义。（　　） 六、宇宙的起源与演化、恒星的演化 20．按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（　　） A. 小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星 B. 恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C. 超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 D. 星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 【B 能力提升题】 21．（2025·广东·开学考）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 22．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 23．（24-25高一下·江苏无锡·期中）如图所示，两辆静止时完全相同的飞船，甲乘坐的飞船静止，乙乘坐的飞船高速向右匀速行驶。此时在乙看来，甲乘坐的飞船的长度______；在甲看来，乙乘坐的飞船的高度______。 A. 变长；无变化 B. 变短；无变化 C. 变短；变矮 D. 变长；变矮 24．（多选）以下说法正确的是（       ） A. 经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B. 经典力学理论具有一定的局限性 C. 在经典力学中，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经典力学理论 25．（25-26高一下·江西武宁尚美·期中）在地面上有一铁轨长1000米，一列车从起点到终点用了50秒，现从以的速率沿铁轨方向向前匀速飞行的飞船中观察（时间延缓公式：，长度收缩公式： （1）铁轨有多长？ （2）列车从起点到终点所用时间为多少？ 【C 拓展培优题】 26．（2016·江苏·高考真题）一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是（       ） A. 飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B. 地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C. 飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D. 地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 27．（2017·江苏·高考真题）（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 28．如图所示，甲乘坐高速飞船路过某地，对于飞船中的人甲和地面上的人乙，说法正确的是（        ） A. 乙向右发射一束光，甲观察到这束光的速度为0.4c B. 乙观察到甲的身高变矮 C. 甲观察到乙的时间进程变慢 D. 乙看到A、B两地同时发生爆炸，则甲观察到A地先发生爆炸 29．科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明（　　） A. 宇宙处在不断的膨胀中 B. 银河系是一个庞大的天体系统 C. 太阳是太阳系的中心天体 D. 太阳和太阳系最终也会走向“死亡” 30．（25-26高一下·安徽临泉田家炳实验·期中）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走得快些，运动的尺子会变长 B. 相对论与量子力学并不否定牛顿力学，只是认为牛顿力学有其适用范围 C. 牛顿力学不适用于天问一号探测器在火星着陆时的运动 D. 在牛顿力学中，物体的质量随运动状态的改变而改变 / 学科网（北京）股份有限公司 $