资源简介

(共14张PPT)
第七章
课时5　相对论时空观与牛顿力学的局限性
万有引力与宇宙航行
核心 目标 1．知道牛顿力学只在低速、宏观物体的运动的情况下成立．知道相对论、量子论可以解决高速、微观领域的问题．
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．
目标导学 各个击破
对相对论时空观的理解
考向
1
1．惯性系和非惯性系
牛顿运动定律成立的参考系为__________，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．
2．相对性原理
(1) 根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个_______.
(2) 迈克耳孙—莫雷实验证明不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是________的．
惯性系
常量
相同
3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设
(1) 在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是________的．
(2) 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的．
4．长度的相对性
狭义相对论中的长度公式l＝l0中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，l是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度．
相同
5．时间间隔的相对性
Δt＝中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．
6．注意点
(1) 在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟________了．
(2) 沿着运动方向的长度的变化是相对的，另外垂直于速度方向的长度_______.
变慢
不变
　　　根据相对论时空观，下列说法中正确的是 (　　)
A．在高速行驶的列车上观察路边广告牌高度变小
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的
C．高速运动的μ子寿命变短
D．绕地球高速飞行飞机上的铯原子钟和地面上的铯原子钟计时没有差异
1
B
解析：在高速行驶的列车上观察路边广告牌高度不变，但宽度变窄，A错误；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，B正确；根据相对论时空观可知高速运动的μ子寿命变长，C错误；根据狭义相对论“时间膨胀”原理可知绕地球高速飞行的飞机上的铯原子钟由于高速运动而导致时间变慢，D错误．
　　　惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是 (　　)
2
解析：由l＝l0得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变，C正确．
C
A
B
C
D
经典力学与相对论、量子力学的比较
考向
2
1．区别
(1) 经典力学只对________运动的物体成立；相对论可以解决高速运动物体的问题．
(2) 经典力学只对________世界成立；量子力学可以解决微观世界的问题．
2．联系
(1) 当物体的运动速度远小于光速时，相对论与经典力学的结论没有区别．
(2) 当“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．
(3) 相对论和量子力学并没有完全________经典力学，经典力学是两者在某些条件下的特殊情形．
低速
宏观
否定
　　　关于经典力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是 (　　)
A．相对论和经典力学是完全矛盾的
B．经典力学是相对论的特例
C．经典力学只对宏观物体的运动成立，量子力学只对微观粒子的运动成立
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都成立
3
B
　　　关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是(　　)
A．经典力学对微观粒子成立，也可以解决宏观物体的高速运动问题
B．相对论与量子力学完全否定了经典力学
C．经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律是经典力学的基础
D．经典力学对一切运动的物体都成立
4
C
随堂内化 即时巩固
1．关于牛顿力学，下列说法中正确的是 (　　)
A．牛顿力学对微观物体的运动不成立
B．在不同的参考系中光的传播速度都相同，这与牛顿力学规律相符
C．物体在以接近光速运动时所遵从的规律是与牛顿力学相符的
D．牛顿力学既可以解决宏观、低速运动问题，又可以解决高速运动问题
解析：牛顿力学可以解决宏观、低速物体的运动问题，不可解决微观、高速物体的运动问题，A正确，D错误；在不同的参考系中光的传播速度都相同，这与牛顿力学规律不相符，B错误；物体在以接近光速运动时所遵从的规律是与爱因斯坦相对论相符的，与牛顿力学不符，C错误．
A
2．如图所示，在未来某年A乘坐速度为0.7c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的B，B的飞行速度为0.5c，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．0.2c B．0.7c
C．1.0c D．1.2c
解析：根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变，所以B观测到该光束的传播速度为1.0c，C正确．
C课时5　相对论时空观与牛顿力学的局限性
1．下列说法中正确的是(　　)
A．经典力学可以说明微观粒子的规律性
B．对于宏观物体的高速运动，仍符合经典力学的规律
C．相对论与量子力学完全否定了经典力学
D．宏观物体的低速运动符合经典力学的规律，高速运动的物体不符合
2．常把地球和相对地面静止或匀速直线运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的是(　　)
A．停在地面上的汽车
B．绕地球做匀速圆周运动的飞船
C．在大海上匀速直线航行的轮船
D．以较大速度匀速直线运动的磁悬浮列车
3.1905年爱因斯坦提出了狭义相对论．关于狭义相对论，下列说法中正确的是(　　)
A．力学规律符合相对性原理，其他规律不符合
B．如果两个事件在一个参考系中是“同时”的，则在另一个参考系中也是“同时”的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中是相等的
D．伽利略相对性原理与狭义相对论原理相同
4．一枚静止时长度为L的火箭以接近光速的速度从观察者身边掠过，观察者观测到火箭的长度(　　)
A．小于L B．大于L
C．等于L D．大于或等于L
5．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法中正确的是(　　)
A．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大
B．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小
C．乙看到甲手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大
D．乙看到甲手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同
6．爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首次提出狭义相对论．假设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．根据狭义相对论，下列说法中正确的是(　　)
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
7．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝同一方向飞行的两个火箭上，且v1A．地面上的观察者认为走得最快的时钟是A时钟
B．地面上的观察者认为走得最快的时钟是B时钟
C．地面上的观察者认为走得最快的时钟是C时钟
D．A、B、C均错误
8．(多选)1905年到1915年间，爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学．狭义相对论描述了除引力以外的所有物理现象，基本粒子及其相互作用符合其规律．广义相对论说明了引力定律及其与其他自然力的关系．下列说法中错误的是(　　)
A．狭义相对论的两条基本假设是相对性原理与光速不变原理
B．飞船以0.2c的速度航行，若飞船向正前方的某一星球发射激光，则该星球上的观察者测量到的激光速度为1.2c
C．在某些规律上，牛顿力学是相对论在宏观、低速(与光速相比)情况下的特例
D．已知μ子低速运动时的平均寿命是3.0 μs．当其以0.99c的速度飞行，若以μ子为参考系，此时μ子的平均寿命变长
9．(多选)如图甲所示，质子束被加速到接近光速；如图乙所示，中子星是质量、密度非常大的星体．下列说法中正确的是(　　)
甲 乙
A．质子束的运动符合经典力学的规律
B．质子束的运动不符合经典力学的规律
C．中子星的引力符合经典力学的规律
D．中子星的引力不符合经典力学的规律
10．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10 m．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比教室快
C．测得教室的长度大于10 m
D．观察到光先到达后壁
11．在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器，使光源发出一闪光，问：
(1) 在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？
(2) 在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？
12．长度测量值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？
课时5　相对论时空观与牛顿力学的局限性
1．D　解析：宏观、低速符合经典力学的规律，微观、高速不符合，A、B错误，D正确；相对论和量子力学并没有完全否定经典力学，C错误．
2．B　解析：其中A、C、D三项中都是相对地面静止或匀速直线运动的物体，都是惯性参考系，绕地球做匀速圆周运动的飞船相对地球做变速运动，是非惯性系，B正确．
3．C　解析：力学规律符合，其他规律也符合，A错误；根据狭义相对论，如果两个事件在一个参考系中是“同时”的，在另一个参考系中可能是“相对”的，B错误；真空中的光速在不同的惯性参考系中是相等的，C正确；伽利略相对性原理与爱因斯坦狭义相对论原理不同，D错误．
4．A　解析：据相对论的“尺缩效应”可知，观察者观测到火箭的长度小于L，A正确．
5．B　解析：由l＝l0可知运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的短，B正确，A、C、D错误．
6．B　解析：飞船上的观测者相对该飞船静止，飞船上的观测者测得该飞船的长度等于30 m，A错误；该飞船相对地球上的观测者是运动的，地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m，B正确；根据光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c，C错误；根据光速不变原理，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于c，D错误．
7．A　解析：根据Δt＝可知，相对于观察者的速度v越小，时间越快，地面上的时钟A的速度v＝0，它所记录的两事件的时间间隔最大，地面上的钟走得最快，A正确．
8．BD　解析：狭义相对论的两条基本假设是狭义相对性原理和光速不变原理，A正确；根据狭义相对论的假设，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的，B错误；在某些规律上，牛顿力学是相对论在宏观、低速(与光速相比)情况下的特例，C正确；当μ子以0.99c的速度飞行，若以μ子为参考系，此时μ子的平均寿命不变，对于地面上的观察者来说，平均寿命变长，D错误．
9．BD
10．B　解析：根据光速不变原理，测得照到前壁的光速等于c，观察到光先到达前壁，A、D错误；根据相对论原理，测得教室的长度小于10 m，C错误；根据相对论原理，观测到飞船上的时间比教室快，B正确．
11．(1) 两接收器同时接收到光信号　(2) B
解析：(1) 因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播速度相等，则光到达A、B两点所需要的时间相等．在地面参考系中观测，两接收器同时接收到光信号．
(2) 对于火车参考系，光源和A、B两接收器都沿BA方向运动，当光源发出的光向A、B传播时，A和B都沿着BA方向运动了一段距离到达A'和B'，如图所示，所以光到达A'的距离更长，到达B'的距离更短，在火车参考系中观测，B比A先接收到光信号．
12．(1) 2.25×10－7 s　(2) 3.75×10－7 s
解析：(1) 观测站测得船身的长度为
l＝l0＝54 m
通过观测站的时间间隔为
Δt＝＝＝2.25×10－7 s
(2) 宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为
Δt'＝＝＝3.75×10－7 s课时5　相对论时空观与牛顿力学的局限性
核心 目标 1．知道牛顿力学只在低速、宏观物体的运动的情况下成立．知道相对论、量子论可以解决高速、微观领域的问题．
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．
考向1　对相对论时空观的理解
1．惯性系和非惯性系
牛顿运动定律成立的参考系为　惯性系　，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．
2．相对性原理
(1) 根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个　常量　．
(2) 迈克耳孙—莫雷实验证明不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是　相同　的．
3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设
(1) 在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是　相同　的．
(2) 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的．
4．长度的相对性
狭义相对论中的长度公式l＝l0中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，l是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度．
5．时间间隔的相对性
Δt＝中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．
6．注意点
(1) 在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟　变慢　了．
(2) 沿着运动方向的长度的变化是相对的，另外垂直于速度方向的长度　不变　．
　根据相对论时空观，下列说法中正确的是(　B　)
A．在高速行驶的列车上观察路边广告牌高度变小
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的
C．高速运动的μ子寿命变短
D．绕地球高速飞行飞机上的铯原子钟和地面上的铯原子钟计时没有差异
解析：在高速行驶的列车上观察路边广告牌高度不变，但宽度变窄，A错误；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，B正确；根据相对论时空观可知高速运动的μ子寿命变长，C错误；根据狭义相对论“时间膨胀”原理可知绕地球高速飞行的飞机上的铯原子钟由于高速运动而导致时间变慢，D错误．
　惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是(　C　)
　　　　　　
　　　　　　　A　　　　　 B　　　　 　C　　　 　　D
解析：由l＝l0得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变，C正确．
考向2　经典力学与相对论、量子力学的比较
1．区别
(1) 经典力学只对　低速　运动的物体成立；相对论可以解决高速运动物体的问题．
(2) 经典力学只对　宏观　世界成立；量子力学可以解决微观世界的问题．
2．联系
(1) 当物体的运动速度远小于光速时，相对论与经典力学的结论没有区别．
(2) 当“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．
(3) 相对论和量子力学并没有完全　否定　经典力学，经典力学是两者在某些条件下的特殊情形．
　关于经典力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是(　B　)
A．相对论和经典力学是完全矛盾的
B．经典力学是相对论的特例
C．经典力学只对宏观物体的运动成立，量子力学只对微观粒子的运动成立
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都成立
　关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是(　C　)
A．经典力学对微观粒子成立，也可以解决宏观物体的高速运动问题
B．相对论与量子力学完全否定了经典力学
C．经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律是经典力学的基础
D．经典力学对一切运动的物体都成立
1．关于牛顿力学，下列说法中正确的是(　A　)
A．牛顿力学对微观物体的运动不成立
B．在不同的参考系中光的传播速度都相同，这与牛顿力学规律相符
C．物体在以接近光速运动时所遵从的规律是与牛顿力学相符的
D．牛顿力学既可以解决宏观、低速运动问题，又可以解决高速运动问题
解析：牛顿力学可以解决宏观、低速物体的运动问题，不可解决微观、高速物体的运动问题，A正确，D错误；在不同的参考系中光的传播速度都相同，这与牛顿力学规律不相符，B错误；物体在以接近光速运动时所遵从的规律是与爱因斯坦相对论相符的，与牛顿力学不符，C错误．
2．如图所示，在未来某年A乘坐速度为0.7c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的B，B的飞行速度为0.5c，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(　C　)
A．0.2c B．0.7c
C．1.0c D．1.2c
解析：根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变，所以B观测到该光束的传播速度为1.0c，C正确．

展开更多......

收起↑