1、合格性考试讲义 必修二第七章 万有引力与宇宙航行第五节 相对论时空观与牛顿力学的局限性一、相对论时空观119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c21887 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3爱因斯坦假设(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时间和空间的相对性(1)时间延缓效应如果相对于地面以速度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，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为
2、t，那么两者之间的关系是t.由于1，此种情况称为时间延缓效应(2)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v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是ll0.由于121，所以总有ll0，此种情况称为长度收缩效应5相对论时空观t和ll0表明运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关它所反映的时空观称作相对论时空观二、牛顿力学的成就与局限1牛顿力学的局限性电子、质子、中子等微观粒子，它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来证明2牛顿力学的适用范围只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世
3、界，不适用于微观世界3相对论物理学与经典物理学的联系当物体的运动速度远小于光速c时(c3108 m/s)，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别；当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时(h6.631034 Js)，量子力学和牛顿力学的结论没有区别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【学考演练】1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关()(2)在相对论力学中，运动的时钟和静止的时钟快慢相同()(3)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，这一速度属于相对论中的高速()(4)经典力学一般不
4、适用于微观粒子()(5)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的()2下列物体的运动不能用经典力学描述的是()A飞机的飞行B人造卫星的运行C小汽车的行驶 D光子的运动解析：选D经典力学适用于低速宏观的物体，A、B、C不符合题意，选项D符合题意3关于经典力学的局限性，下列说法正确的是()A火车提速后，有关速度问题不能用经典力学来处理B由于经典力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论力学来解决C经典力学适用于宏观低速运动的物体D经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体解析：选C经典力学有局限性，经典力学适用于宏观低速运动的物体，但对于一般力学问题仍能用经典力学来解决，所以
5、即使在火车提速后，有关速度问题仍能用经典力学来处理，故A、B错误，C正确；经典力学不仅适用于像地球和太阳那样大的宏观物体，也适用一般尺寸的宏观物体，故D错误故选C.4(2019重庆万州期中)经典力学不能适用于下列哪些运动()A火箭的发射B宇宙飞船绕地球的运动C宇宙探测器在太空的运动D电子的波动性解析：选D.经典力学只适用于宏观低速物体，而不适用于微观高速粒子的运动，则经典力学不适用于电子的波动性，故选D.5如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A0.4cB0.5cC0.9
6、cDc解析：选D.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壮壮观测到该光束的传播速度为c，所以A、B、C错误，D正确6一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为()A洞口为椭圆形，长度变短B洞口为圆形、长度不变C洞口为椭圆形、长度不变D洞口为圆形，长度变短解析：选D.根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短所以高速列车通过洞口为圆形的隧道时，列车上的司机仍然会观察到圆形的洞口，但是观察到的隧道的长度变短，故选D.7对于时空观的认识，下列说法正确的是()A相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律B相对论具
7、有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例C相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用D经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用解析：选B相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用经典物理学有简捷的优势因此A、C、D错误，B正确8(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是()A地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D
8、火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了解析：选BCD因为ll0和t，可知ll0，t.一个相对地面做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在地面上的人看来，火箭的长度变短了，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间变长了，惯性系速度越大，观察到的火箭的长度越短，所经历的过程时间越长火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化同样，火箭上的人看地面上的物体长度也是变短，时间进程变慢了，选项B、C、D正确9(多选)经典力学规律适用于下列运动的是()A子弹的飞行B飞船绕地球的运行C列车的运行D粒子接近光速的运动解析：选ABC经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、
9、列车的运动，经典力学能适用，故A、B、C正确；对于微观、高速的情形经典力学不适用，故D错误10关于经典力学，下列说法正确的是()A仅适用于微观粒子的运动B适用于宏观物体的低速运动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：选B经典力学适用条件为宏观、低速，对微观、高速运动不再适用，故A错误，B正确在相对论力学中，物体的质量、长度与其运动速度有关，经典力学中，物体的质量、长度与其运动速度无关，故C、D错误故选B.【真题演练】12（2021.1广东）下列物体的运动，不能用经典力学描述的是()A“复兴”号列车高速行驶 B“神舟十号”飞船在轨道上运行C电子以接
10、近光的速度运动 D“辽宁”号航空母舰在大海上航行【解析】经典力学适用的范围是宏观、低速，所以C符合题意【答案】C20. （2019.6广东）下列运动不能用经典力学描述的是A. 高铁列车从广州向北京飞驰B. 火箭携带卫星飞向太空C. 战斗机从航母上起飞D. 电子以接近光速的速度运动【答案】D【解析】【详解】经典力学适用于低速宏观的物体，不适用于微观高速物体，故电子的运动不能用经典力学描述，高铁列车的飞驰、火箭携带卫星飞向太空、战斗机从航母上起飞都能用经典力学描述，故选项D正确，A、B、C错误3. （2020.1福建）伟大的科学家爱因斯坦，在物理学方面取得了巨大的成就。下列属于爱因斯坦主要贡献的是（）A. 建立了相对论B. 提出了焦耳定律C. 发现了万有引力定律D. 总结得出了牛顿第一定律【答案】A【解析】【详解】爱因斯坦的主要贡献是建立了相对论；焦耳定律是焦耳总结出的；牛顿发现万有引力定律；牛顿总结出了牛顿第一定律。故选A。20. （2017.6广东）下列物体的运动不能用经典力学描述的是()A. 子弹的飞行B. 人造卫星的运行C. 小汽车的行驶D. 光子的运动【答案】D【解析】【分析】【详解】经典力学适用于低速宏观的物体，光子的运动不属于这个范畴。故选D。第 7 页 共 7 页
