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5　相对论时空观与牛顿力学的
局限性
1.通过阅读教材,知道牛顿力学的概念及发展历程,知道牛顿力学的适用范围和局限性,形成物理观念。2.通过了解相对论时空观,知道时间延缓效应和长度收缩效应,培养科学探究精神。3.通过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地探索中被揭开更多的谜底。
[定位·学习目标]　
探究·必备知识
知识点一　相对论时空观
「探究新知」
1.绝对时空观:时间与空间都是独立于物体及其 而存在的,也叫牛顿力学时空观。
2.19世纪,英国物理学家 根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度 光速c。
3.1887年的迈克耳孙—莫雷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 。这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系 。
运动
麦克斯韦
等于
都是一样的
不符
4.爱因斯坦假设:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是 的;真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
5.时间延缓效应
(1)如果相对于地面以v运动的惯性参考系上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Δτ,地面上的人观察到该物体完成这个动作的时
间间隔为Δt,那么两者之间的关系是Δt= 。
相同
(2)Δt与Δτ的关系总有Δt Δτ,即物理过程的快慢(时间进程)跟物体的运动状态 。
有关
>
6.长度收缩效应
(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿着杆的方向,以v相对杆运动的人
测得杆长是l,那么两者之间的关系是l= 。
(2)l与l0的关系总有l l0,即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态 。
有关
<
正误辨析
(1)光速的测量结果与参考系的运动速度有关。(　 　)
(2)根据相对论时空观,运动的时钟显示的时间变慢,高速飞行的μ子的平均寿命变短。(　 　)
(3)根据相对论时空观,沿着杆的方向,相对于观察者运动的杆的长度变长。
(　 　)
(4)世界上各式各样的钟:电钟、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变慢。(　 　)
×
×
×
√
知识点二　牛顿力学的成就与局限性
「探究新知」
1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到 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 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。
天体
牛顿力学
3.量子力学的建立能够很好地描述 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 过去的科学,而只认为过去的科学是自己在一定条件下的 情形。
微观粒子
否定
特殊
正误辨析
(1)牛顿力学只适用于世界上普通的物体,研究天体的运动,牛顿力学就无能为力了。(　 　)
(2)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s,在这种高速运动状态下,牛顿力学不适用。(　 　)
(3)对于宏观物体的低速运动问题,相对论、量子力学与牛顿力学是一致的。
(　 　)
(4)由牛顿运动定律可研究原子中电子的运动。(　 　)
×
×
√
×
突破·关键能力
要点一　相对论时空观
「情境探究」
地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s,设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度。
探究:(1)在狭义相对论中,地球的公转速度属于低速还是高速 被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速
【答案】 (1)地球的公转速度属于低速,被加速器加速后的电子的速度属于高速。
(2)在地面上校准的两只钟,一只留在地面上,一只随宇宙飞船遨游太空,隔一段时间飞船返回地面时,两只钟显示的时间相同吗 有什么差别
【答案】 (2)不相同,随飞船遨游太空的时钟变慢。
「要点归纳」
1.低速与高速
(1)低速:通常所见物体的运动。如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体。
(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,这样的速度称为高速。
2.牛顿力学时空观与相对论时空观比较
比较项目 牛顿力学时空观 相对论时空观
同时 绝对性 相对性
长度 绝对性 相对性
光速 可变(遵循经典速度变换规律) 不变
物理规律 - 在不同惯性参考系中其形式相同
[例1] (时间延缓效应)A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,
vA>vB,在地面上的人观察到的结果正确的是(　　)
[A]火箭A上的时钟走得最快
[B]地面上的时钟走得最快
[C]火箭B上的时钟走得最快
[D]火箭B上的时钟走得最慢
B
「典例研习」
[例2] (长度收缩效应)地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以
30 km/s的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少 如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少
【答案】 100 km　80 km
(1)在垂直于运动方向上不发生长度收缩效应。
(2)我们平常观察不到这种长度收缩效应,是因为我们生活在比光速低得多的低速世界里,长度收缩效应极不明显,即使运动物体的速度达到v=
30 000 km/s,即0.1c,长度收缩效应也只不过是0.5%,因此,在低速运动中,v c,
l≈l0,长度收缩效应可忽略不计。
·规律方法·
要点二　牛顿力学的成就与局限性
「情境探究」
粒子对撞机可以把质子加速到接近光速,如图所示。
【答案】 不适用。牛顿力学只适用于宏观、低速运动,描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。
探究:牛顿力学是否适用于质子的运动规律 如何研究质子的运动规律
「要点归纳」
1.牛顿力学的局限性及适用范围
(1)牛顿力学适用于低速运动的物体,相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
(2)牛顿力学适用于宏观世界;量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律。
2.相对论和量子力学没有否定牛顿力学
(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论与牛顿力学的结论没有区别。
(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别。
(3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学,牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形。
「典例研习」
[例3] 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]随着物理学的发展,牛顿力学将逐渐成为过时的理论
[B]相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
[C]牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
[D]黑洞和量子通信问题不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释
D
【解析】 在微观、高速运动中,要用量子力学和相对论来解释,但是不会因为量子力学和相对论的出现,就会让牛顿力学逐渐成为过时的理论,故A错
误;根据狭义相对论的光速不变原理,真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的,故B错误;牛顿定律属于牛顿力学的研究范畴,适用于宏观、低速运动的物体,低速和高速的标准是相对于光速,可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射,故C错误;黑洞和量子通信问题要用量子力学和相对论来解释,不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释,故D正确。
检测·学习效果
1.下列运动中,不能用牛顿力学规律描述的是(　　)
[A]子弹的飞行
[B]粒子接近光速的运动
[C]“蛟龙号”的下潜运动
[D]和谐号从南通向上海飞驰
B
【解析】 牛顿力学的适用范围是宏观、低速情形,子弹的飞行、潜水器的下潜、列车的运动,牛顿力学都能适用;对于微观、高速的情形牛顿力学不适用,故选B。
2.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是(　　)
[A]这个人是一个矮胖子
[B]这个人是一个瘦高个子
[C]这个人矮但不胖
[D]这个人瘦但不高
D
【解析】 取路旁的人为惯性系,车上的人相对于路旁的人高速运动,根据长度收缩效应,人在运动方向上将变窄,但在垂直于运动方向上没有发生变化,故选D。
3.假设一航天员要到离地球5光年的星球上去,如果地球指挥中心希望把这段路程缩短为3光年,则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)
[A]0.5c [B]0.6c [C]0.8c [D]0.9c
C
4.关于牛顿力学、相对论和量子力学,下列说法正确的是(　　)
[A]相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论
[B]牛顿力学包含于相对论之中,牛顿力学是相对论的特例
[C]牛顿力学只适用于宏观物体的运动,量子力学只适用于微观粒子的运动
[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
B
【解析】 相对论没有否定牛顿力学,牛顿力学是相对论在一定条件下的特殊情形,A错误,B正确;牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场的领域,C、D错误。
感谢观看5　相对论时空观与牛顿力学的局限性
[定位·学习目标]　1.通过阅读教材,知道牛顿力学的概念及发展历程,知道牛顿力学的适用范围和局限性,形成物理观念。2.通过了解相对论时空观,知道时间延缓效应和长度收缩效应,培养科学探究精神。3.通过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地探索中被揭开更多的谜底。
知识点一　相对论时空观
探究新知
1.绝对时空观:时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的,也叫牛顿力学时空观。
2.19世纪,英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度等于光速c。
3.1887年的迈克耳孙—莫雷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不符。
4.爱因斯坦假设:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
5.时间延缓效应
(1)如果相对于地面以v运动的惯性参考系上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Δτ,地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt,那么两者之间的关系是Δt=。
(2)Δt与Δτ的关系总有Δt>Δτ,即物理过程的快慢(时间进程)跟物体的运动状态有关。
6.长度收缩效应
(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿着杆的方向,以v相对杆运动的人测得杆长是l,那么两者之间的关系是l=l0。
(2)l与l0的关系总有l正误辨析
(1)光速的测量结果与参考系的运动速度有关。(　×　)
(2)根据相对论时空观,运动的时钟显示的时间变慢,高速飞行的μ子的平均寿命变短。(　×　)
(3)根据相对论时空观,沿着杆的方向,相对于观察者运动的杆的长度变长。(　×　)
(4)世界上各式各样的钟:电钟、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变慢。(　√　)
知识点二　牛顿力学的成就与局限性
探究新知
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微观粒子运动的规律,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。
正误辨析
(1)牛顿力学只适用于世界上普通的物体,研究天体的运动,牛顿力学就无能为力了。(　×　)
(2)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s,在这种高速运动状态下,牛顿力学不适用。(　×　)
(3)对于宏观物体的低速运动问题,相对论、量子力学与牛顿力学是一致的。(　√　)
(4)由牛顿运动定律可研究原子中电子的运动。(　×　)
要点一　相对论时空观
情境探究
地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s,设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度。
探究:(1)在狭义相对论中,地球的公转速度属于低速还是高速 被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速
(2)在地面上校准的两只钟,一只留在地面上,一只随宇宙飞船遨游太空,隔一段时间飞船返回地面时,两只钟显示的时间相同吗 有什么差别
【答案】 (1)地球的公转速度属于低速,被加速器加速后的电子的速度属于高速。
(2)不相同,随飞船遨游太空的时钟变慢。
要点归纳
1.低速与高速
(1)低速:通常所见物体的运动。如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体。
(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,这样的速度称为高速。
2.牛顿力学时空观与相对论时空观比较
比较项目 牛顿力学时空观 相对论时空观
同时 绝对性 相对性
长度 绝对性 相对性
光速 可变(遵循经典速度变换规律) 不变
物理规律 - 在不同惯性参考系中其形式相同
典例研习
[例1] (时间延缓效应)A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,vA>vB,在地面上的人观察到的结果正确的是(　　)
[A]火箭A上的时钟走得最快
[B]地面上的时钟走得最快
[C]火箭B上的时钟走得最快
[D]火箭B上的时钟走得最慢
【答案】 B
【解析】 由Δt=知,地面上的人观察到的结果为A、B两火箭上的时钟都变慢了。又v A>vB,则火箭A上的时钟走得最慢,地面上的时钟走得最快,因此选项B正确。
[例2] (长度收缩效应)地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少 如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少
【答案】 100 km　80 km
【解析】 当火箭速度较低时,长度基本不变,还是100 km。
当火箭的速度达到0.6c时,由相对论长度公式l=l0,
代入数据解得l=100× km=80 km。
由公式l=l0知,相对于地面以速度v运动的物体,从地面上看,沿着运动方向上的长度变短了,速度越大,变短得越多。两种情况:
(1)在垂直于运动方向上不发生长度收缩效应。
(2)我们平常观察不到这种长度收缩效应,是因为我们生活在比光速低得多的低速世界里,长度收缩效应极不明显,即使运动物体的速度达到v=30 000 km/s,即0.1c,长度收缩效应也只不过是0.5%,因此,在低速运动中,v c,l≈l0,长度收缩效应可忽略不计。
要点二　牛顿力学的成就与局限性
情境探究
粒子对撞机可以把质子加速到接近光速,如图所示。
探究:牛顿力学是否适用于质子的运动规律 如何研究质子的运动规律
【答案】 不适用。牛顿力学只适用于宏观、低速运动,描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。
要点归纳
1.牛顿力学的局限性及适用范围
(1)牛顿力学适用于低速运动的物体,相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
(2)牛顿力学适用于宏观世界;量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律。
2.相对论和量子力学没有否定牛顿力学
(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论与牛顿力学的结论没有区别。
(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别。
(3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学,牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形。
典例研习
[例3] 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]随着物理学的发展,牛顿力学将逐渐成为过时的理论
[B]相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
[C]牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
[D]黑洞和量子通信问题不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释
【答案】 D
【解析】 在微观、高速运动中,要用量子力学和相对论来解释,但是不会因为量子力学和相对论的出现,就会让牛顿力学逐渐成为过时的理论,故A错误;根据狭义相对论的光速不变原理,真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的,故B错误;牛顿定律属于牛顿力学的研究范畴,适用于宏观、低速运动的物体,低速和高速的标准是相对于光速,可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射,故C错误;黑洞和量子通信问题要用量子力学和相对论来解释,不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释,故D正确。
1.下列运动中,不能用牛顿力学规律描述的是(　　)
[A]子弹的飞行
[B]粒子接近光速的运动
[C]“蛟龙号”的下潜运动
[D]和谐号从南通向上海飞驰
【答案】 B
【解析】 牛顿力学的适用范围是宏观、低速情形,子弹的飞行、潜水器的下潜、列车的运动,牛顿力学都能适用;对于微观、高速的情形牛顿力学不适用,故选B。
2.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是(　　)
[A]这个人是一个矮胖子
[B]这个人是一个瘦高个子
[C]这个人矮但不胖
[D]这个人瘦但不高
【答案】 D
【解析】 取路旁的人为惯性系,车上的人相对于路旁的人高速运动,根据长度收缩效应,人在运动方向上将变窄,但在垂直于运动方向上没有发生变化,故选D。
3.假设一航天员要到离地球5光年的星球上去,如果地球指挥中心希望把这段路程缩短为
3光年,则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)
[A]0.5c [B]0.6c [C]0.8c [D]0.9c
【答案】 C
【解析】 由l=l0,=,解得v=0.8c,故C正确。
4.关于牛顿力学、相对论和量子力学,下列说法正确的是(　　)
[A]相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论
[B]牛顿力学包含于相对论之中,牛顿力学是相对论的特例
[C]牛顿力学只适用于宏观物体的运动,量子力学只适用于微观粒子的运动
[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】 B
【解析】 相对论没有否定牛顿力学,牛顿力学是相对论在一定条件下的特殊情形,A错误,B正确;牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场的领域,C、D错误。
课时作业
(分值:60分)
考点一　相对论时空论
1.(4分)(2025·上海期中)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]c-v [B]c
[C]c+v [D]无法确定
【答案】 B
【解析】 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。
2.(4分)(2024·陕西西安阶段练习)如图,假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速向右行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光。下列说法正确的是(　　)
[A]地面上的人看到的光速等于原光速加上火车的速度
[B]地面上的人看到的光速等于原光速减去火车的速度
[C]地面上的人看到前后两道闪光同时到达前、后两壁
[D]火车上的人看到前后两道闪光同时到达前、后两壁
【答案】 D
【解析】 地面上的观察者认为地面是一个惯性系,闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的,地面上的人看到的光速就是原光速。但闪光飞向两壁的过程中,车厢向前行进了一段距离,所以向前的光传播的路程长些,到达前壁的时间也就晚些,故A、B、C错误。因为车厢是个惯性系,光向前、后传播的速度相同,光源又在车厢的中央,火车上的人看到前后两道闪光会同时到达前、后两壁,故D正确。
3.(4分)真空中光速为c。如图为一车厢,向右做匀速直线运动,v=0.9c,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L1,则地面上的人测得车厢长为L2,则(　　)
[A]L1[C]L1>L2 [D]无法判断
【答案】 C
【解析】 根据长度收缩效应,车厢内的人测得车厢长为L1,则地面上的人测得车厢长为L2=L14.(10分)π介子是不稳定粒子,在其静止参考系中,它的寿命约为2.55×10-8 s,假设一个π介子相对于实验室的速率为0.6c。(结果保留三位有效数字)
(1)在实验室中测得它的寿命是多少
(2)在其寿命时间内,在实验室中测得它的运动距离是多少
【答案】 (1)3.19×10-8 s　(2)5.74 m
【解析】 (1)由相对论可知Δt== s=3.19×10-8 s。
(2)在实验室中测得它的运动距离是
s=vΔt=0.6×3×108×3.19×10-8m=5.74 m。
考点二　牛顿力学的成就与局限性
5.(6分)(多选)下列说法正确的是(　　)
[A]牛顿力学是以牛顿的三大定律为基础的
[B]牛顿力学在任何情况下都适用
[C]当物体的速度接近光速时,牛顿力学就不适用了
[D]相对论和量子力学的出现,使牛顿力学失去了意义
【答案】 AC
【解析】 牛顿运动定律是牛顿力学的基础,A正确;牛顿力学只适用于低速、宏观、弱引力场的范围,B错误,C正确;相对论和量子力学的出现,并没有否定牛顿力学,只是说牛顿力学有一定的适用范围,D错误。
6.(4分)下列选项中牛顿力学不适用的是(　　)
[A]火箭的发射
[B]宇宙飞船绕地球的运动
[C]“勇气号”宇宙探测器的运行
[D]微观粒子的波动性
【答案】 D
【解析】 牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动,而研究微观粒子的波动性时牛顿力学不再适用,选项D正确,A、B、C错误。
7.(4分)关于牛顿力学的适用范围和局限性,下列说法正确的是(　　)
[A]牛顿力学过时了,应该被量子力学所取代
[B]由于超音速飞机的速度太大,其运动不能用牛顿力学来解释
[C]人造卫星的运动不适合用牛顿力学来描述
[D]当物体的速度接近光速时,其运动规律不适合用牛顿力学来描述
【答案】 D
【解析】 牛顿力学没有过时,在低速宏观问题中仍然适用,故A错误;超音速飞机的速度远低于光速,其运动能用牛顿力学来解释,故B错误;人造卫星的运动速度远低于光速,适合用牛顿力学来描述,故C错误;当物体的速度接近光速时,其运动规律不适合用牛顿力学来描述,故D正确。
8.(4分)惯性系S中有一边长为l的正方形,从相对S系沿x轴方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是(　　)
　
[A] [B]
　
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 由l=l0可知,沿速度方向即x轴方向的长度变短了,而垂直于速度方向即y轴方向的边长不变,故C正确。
9.(4分)2015年9月科学家探测到宇宙中距离我们13亿光年的两个黑洞合并而产生的引力波,填补了爱因斯坦广义相对论实验验证的最后一块“拼图”。关于相对论,下列说法正确的是(　　)
[A]经典时空观认为时间和空间是相互关联的
[B]相对于观察者运动的时钟会变快
[C]在运动的参考系中测得的光速与其运动的速度无关
[D]同一物体的长度不随观察者所处参考系的变换而改变
【答案】 C
【解析】 经典时空观认为时间和空间是绝对不变的,故A错误;根据时间延缓效应,相对论时空观认为相对于观察者运动的时钟会变慢,故B错误;根据爱因斯坦的光速不变原理可知,在运动的参考系中测得的光速与其运动的速度无关,故C正确;根据长度收缩效应,相对论时空观认为同一物体的长度会随观察者相对参考系的运动而改变,故D错误。
10.(4分)(2025·陕西西安阶段练习)如图,一列火车以速度v相对地面运动,如果地面上的人测得,火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,下列说法错误的是(　　)
[A]地面上的人看到的光速为c
[B]火车上的人看到的光速为c
[C]光源在火车的正中间
[D]光源在火车的中点偏向前的位置
【答案】 C
【解析】 根据光速不变原理可知,地面上的人看到的光速为c,火车上的人看到的光速也为c,故A、B说法正确;地面上的人测得,火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,说明在地面上人看来,闪光所走的路程是相等的,设光源到后壁的距离为L1,到前壁的距离为L2,汽车行驶时间为t,以地面为参考系,则有L1=ct+vt,L2=ct-vt,可得L1>L2,可知光源在火车的中点偏向前的位置,故C说法错误,D说法正确。
11.(12分)一枚静止时长30 m的火箭以光速的从观察者的身边掠过。
(1)求火箭上的人测得火箭的长度;
(2)求观察者测得火箭的长度;
(3)火箭上有一只完好的手表走过了3 min,求地面上的人认为它走过这3 min“实际”上花费的时间。
参考公式:时间延缓公式:Δt=,长度收缩公式:l=l0
【答案】 (1)30 m　(2)18 m　(3)5 min
【解析】 (1)火箭上的人相对火箭静止,所以火箭上的人测得火箭的长度应为30 m。
(2)观察者测得火箭的长度应为l=l0=30×m=30× m=18 m。
(3)火箭上有一只完好的手表走过了3 min,则地面上的人认为它走过这3 min“实际”上花费的时间为Δt== min=5 min。

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