资源简介

(共24张PPT)
五、 相对论时空观与牛顿力学的局限性
万有引力与宇宙航行
第七章
　高中物理　必修二
必 备 知 识 练
1. 关于经典力学，下列说法中正确的是(　　)
A. 适用于宏观物体的低速运动
B. 仅适用于微观粒子的运动
C. 经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
D. 经典力学中，物体的长度与其运动速度有关
【解析】 经典力学适用于宏观物体的低速运动，在经典力学中，物体的质量与长度为定值，A正确，B、C、D错误。
A
2. 研究下列运动时，不适用牛顿定律的是(　　)
A. 研究原子中电子的运动
B. 研究“嫦娥五号”的高速发射
C. 研究地球绕太阳的运动
D. 研究飞机从北京飞往纽约的航线
【解析】 牛顿力学属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，并注意到低速和高速的界定是相对于光速而言的，A正确。
A
3. 经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”指的是(　　)
A. 行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B. 地球表面上的物质世界
C. 人眼能看到的物质世界
D. 不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
【解析】 前三个均属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，D正确。
D
4. 下列关于经典力学、相对论与量子论的说法，正确的是(　　)
A. 当物体的速度接近光速时，以牛顿力学为代表的经典力学仍
然适用
B. 相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义
C. 量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D. 量子力学和牛顿力学的结论没有区别
C
【解析】 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，A错误；相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，B错误；量子力学描述了微观粒子运动的规律性，C正确；当普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的结论才没有区别，D错误。
5. 下列说法中，错误的是(　　)
A. 经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
B. 相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C. 经典力学只适用于宏观物体、低速运动的问题，不适用于高速运动的问题
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
D
【解析】 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，A错误；相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同，B错误；经典力学只适用于宏观物体、低速运动的问题，不适用于高速运动(相对于光速)的问题，C错误；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相差不大，经典力学是适用的，D正确。
6. 经典力学有一定的适用范围和局限性，下列运动中，不适合用经典力学描述的是(　　)
A. 以300 m/s飞行的子弹
B. 以7.8 km/s绕地球运动的卫星
C. 以300 km/h高速运行的列车
D. 以接近光速的速度运动的粒子
D
关 键 能 力 练
7. (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
BC
【解析】 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，A错误，B正确；在一切惯性系中，真空中测得的光速都一样，C正确；在地面上观察，接近光速飞行的飞船在运动方向上会变短，D错误。
8. 如图所示，小明站在水平木杆AB的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的；若此时飞飞从木杆A端的右侧正以接近光速的速度掠过木杆，下列关于飞飞看到的木杆情
况的说法中，正确的是(　　)
A. 木杆的B端比A端先落地
B. 木杆的A端比B端先落地
C. 看到木杆的两端同时落地
D. 看到的木杆长度比小明看到的更长
A
【解析】 当飞飞掠过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且木杆的B端还在朝她运动，因此，在小明看来同时发生的两个事件，在飞飞看来首先在B端发生，飞飞看到木杆的B端比A端先落地，A正确，B、C错误；根据尺缩效应可知，飞飞看到的木杆长度比小明看到的木杆长度更短，D错误。
9. 如图所示，一列车以接近光速的
速度从地面上的观察者面前水平驶
过。与坐在列车内乘客的观测结果
相比，地面上静止的观察者观测车
内同一站立的乘客(　　)
A. 体型变瘦 B. 体型变胖
C. 身高变高 D. 身高变矮
A
【解析】 根据相对论尺缩效应可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变；则与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客体型变瘦，身高不变，A正确。
10. 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t'1、t'2两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Δτ＝t2'－t1'；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为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
B
【解析】 根据相对论时空观的时间延缓效应，有Δt＝，由于列车速度v小于光速c，所以1－＜1，则Δτ＜Δt，B正确。
11. 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。下列说法中，正确的是(　　)
甲 乙
A. 地面上的人测得的光速等于原光速加上火车的速度
B. 地面上的人测得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光同时到达前后壁
D. 火车上的人看到前后两道光同时到达前后壁
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，地面上的人测得的光速就是原光速；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，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，D正确。
拓 展 突 破 练
12. 长度测量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。求：(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；
(2)航天员测得船身通过观测站的时间间隔。
【答案】 (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l＝l0＝54 m，通过观测站的时间间隔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'＝ s＝3.75×10－7 s。7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1. 关于经典力学，下列说法中正确的是( )
A. 适用于宏观物体的低速运动
B. 仅适用于微观粒子的运动
C. 经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
D. 经典力学中，物体的长度与其运动速度有关
2. 研究下列运动时，不适用牛顿定律的是( )
A. 研究原子中电子的运动
B. 研究“嫦娥五号”的高速发射
C. 研究地球绕太阳的运动
D. 研究飞机从北京飞往纽约的航线
3. 经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”指的是( )
A. 行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B. 地球表面上的物质世界
C. 人眼能看到的物质世界
D. 不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
4. 下列关于经典力学、相对论与量子论的说法，正确的是( )
A. 当物体的速度接近光速时，以牛顿力学为代表的经典力学仍然适用
B. 相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义
C. 量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D. 量子力学和牛顿力学的结论没有区别
5. 下列说法中，错误的是( )
A. 经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
B. 相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C. 经典力学只适用于宏观物体、低速运动的问题，不适用于高速运动的问题
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
6. 经典力学有一定的适用范围和局限性，下列运动中，不适合用经典力学描述的是( )
A. 以300 m/s飞行的子弹
B. 以7.8 km/s绕地球运动的卫星
C. 以300 km/h高速运行的列车
D. 以接近光速的速度运动的粒子
7. (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
8. 如图所示，小明站在水平木杆AB的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的；若此时飞飞从木杆A端的右侧正以接近光速的速度掠过木杆，下列关于飞飞看到的木杆情况的说法中，正确的是( )
第8题图
A. 木杆的B端比A端先落地
B. 木杆的A端比B端先落地
C. 看到木杆的两端同时落地
D. 看到的木杆长度比小明看到的更长
9. 如图所示，一列车以接近光速的速度从地面上的观察者面前水平驶过。与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客( )
第9题图
A. 体型变瘦 B. 体型变胖
C. 身高变高 D. 身高变矮
10. 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t'1、t'2两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Δτ＝t2'－t1'；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为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
11. 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。下列说法中，正确的是( )
甲
乙
第11题图
A. 地面上的人测得的光速等于原光速加上火车的速度
B. 地面上的人测得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光同时到达前后壁
D. 火车上的人看到前后两道光同时到达前后壁
12. 长度测量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。求：(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；
(2)航天员测得船身通过观测站的时间间隔。7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1. 关于经典力学，下列说法中正确的是(　A　)
A. 适用于宏观物体的低速运动
B. 仅适用于微观粒子的运动
C. 经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
D. 经典力学中，物体的长度与其运动速度有关
【解析】 经典力学适用于宏观物体的低速运动，在经典力学中，物体的质量与长度为定值，A正确，B、C、D错误。
2. 研究下列运动时，不适用牛顿定律的是(　A　)
A. 研究原子中电子的运动
B. 研究“嫦娥五号”的高速发射
C. 研究地球绕太阳的运动
D. 研究飞机从北京飞往纽约的航线
【解析】 牛顿力学属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，并注意到低速和高速的界定是相对于光速而言的，A正确。
3. 经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”指的是(　D　)
A. 行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B. 地球表面上的物质世界
C. 人眼能看到的物质世界
D. 不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
【解析】 前三个均属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，D正确。
4. 下列关于经典力学、相对论与量子论的说法，正确的是(　C　)
A. 当物体的速度接近光速时，以牛顿力学为代表的经典力学仍然适用
B. 相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义
C. 量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D. 量子力学和牛顿力学的结论没有区别
【解析】 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，A错误；相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，B错误；量子力学描述了微观粒子运动的规律性，C正确；当普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的结论才没有区别，D错误。
5. 下列说法中，错误的是(　D　)
A. 经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
B. 相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C. 经典力学只适用于宏观物体、低速运动的问题，不适用于高速运动的问题
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
【解析】 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，A错误；相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同，B错误；经典力学只适用于宏观物体、低速运动的问题，不适用于高速运动(相对于光速)的问题，C错误；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相差不大，经典力学是适用的，D正确。
6. 经典力学有一定的适用范围和局限性，下列运动中，不适合用经典力学描述的是(　D　)
A. 以300 m/s飞行的子弹
B. 以7.8 km/s绕地球运动的卫星
C. 以300 km/h高速运行的列车
D. 以接近光速的速度运动的粒子
7. (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(　BC　)
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
【解析】 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，A错误，B正确；在一切惯性系中，真空中测得的光速都一样，C正确；在地面上观察，接近光速飞行的飞船在运动方向上会变短，D错误。
8. 如图所示，小明站在水平木杆AB的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的；若此时飞飞从木杆A端的右侧正以接近光速的速度掠过木杆，下列关于飞飞看到的木杆情况的说法中，正确的是(　A　)
第8题图
A. 木杆的B端比A端先落地
B. 木杆的A端比B端先落地
C. 看到木杆的两端同时落地
D. 看到的木杆长度比小明看到的更长
【解析】 当飞飞掠过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且木杆的B端还在朝她运动，因此，在小明看来同时发生的两个事件，在飞飞看来首先在B端发生，飞飞看到木杆的B端比A端先落地，A正确，B、C错误；根据尺缩效应可知，飞飞看到的木杆长度比小明看到的木杆长度更短，D错误。
9. 如图所示，一列车以接近光速的速度从地面上的观察者面前水平驶过。与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客(　A　)
第9题图
A. 体型变瘦 B. 体型变胖
C. 身高变高 D. 身高变矮
【解析】 根据相对论尺缩效应可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变；则与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客体型变瘦，身高不变，A正确。
10. 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t'1、t'2两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Δτ＝t2'－t1'；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为Δt＝t2－t1。则Δτ与Δt的关系是(　B　)
A. Δτ＞Δt B. Δτ＜Δt
C. Δτ＝Δt D. 无法确定
【解析】 根据相对论时空观的时间延缓效应，有Δt＝，由于列车速度v小于光速c，所以1－＜1，则Δτ＜Δt，B正确。
11. 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。下列说法中，正确的是(　D　)
甲
乙
第11题图
A. 地面上的人测得的光速等于原光速加上火车的速度
B. 地面上的人测得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光同时到达前后壁
D. 火车上的人看到前后两道光同时到达前后壁
【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，地面上的人测得的光速就是原光速；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，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，D正确。
12. 长度测量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。求：(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；
(2)航天员测得船身通过观测站的时间间隔。
【答案】 (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l＝l0＝54 m，通过观测站的时间间隔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'＝ s＝3.75×10－7 s。

展开更多......

收起↑