資源簡介

第5節(jié)　相對論時空觀與牛頓力學的局限性
學習目標　1.感受牛頓力學在高速世界與事實的矛盾，知道牛頓力學只適用于低速、宏觀物體的運動。
2.知道愛因斯坦狹義相對論的基本假設，知道長度相對性和時間間隔相對性的表達式。3.關注宇宙起源和演化的研究進展。
知識點一　相對論時空觀
如圖，在高速運行的列車車廂的頂部有一個反光鏡，列車上一個人對著反光鏡發(fā)射一束光。
思考：列車上的人和地面上的人觀察到的光的往返時間是否相同？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.電磁波與光速
英國物理學家麥克斯韋根據電磁場理論預言了________的存在，并證明電磁波的傳播速度等于________。1887年的邁克耳孫—莫雷實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是________的。
2.愛因斯坦假設
(1)在不同的________參考系中，物理規(guī)律的形式都是________的。
(2)真空中的________在不同的慣性參考系中大小都是________的。
3.時間延緩效應
如果相對于地面以v運動的________________上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關系是Δt＝____________
由于1－<1，所以總有Δt________Δτ，此種情況稱為________________。
4.長度收縮效應
如果與桿相對________的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是l＝____________
由于1－<1，所以總有l(wèi)________l0，此種情況稱為長度收縮效應。
5.相對論時空觀：運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的________________有關。
角度1　時間延緩效應
例1 如圖所示，A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度vB和vC朝同一方向飛行的兩枚火箭上，且vB　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度2　長度收縮效應
例2 假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，其內站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車里的人，觀察的結果是(　　)
A.這個人是一個矮胖子
B.這個人是一個瘦高個子
C.這個人矮但不胖
D.這個人瘦但不高
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
相對于地面以速度v運動的物體，從地面上看：
(1)沿著運動方向上的長度變短了，速度越大，變短得越多。
(2)在垂直于運動方向上不發(fā)生長度收縮效應現象。　　　　
訓練1 下列說法中正確的是(　　)
A.在高速運動的火車車廂中央，光源同時向車廂前后兩壁發(fā)出了一個閃光，地面上的人看到閃光同時到車廂的前后壁
B.在任何慣性參考系中，物體的運動速度都不能超過光速
C.一條沿自身長度方向高速運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度大
D.同樣的兩個事件，在不同的參考系中觀測，時間間隔都相同
知識點二　牛頓力學的成就與局限性
如圖所示，質子束被加速到接近光速，牛頓力學適用于質子束的運動規(guī)律嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.牛頓力學的成就：從地面上物體的運動到天體的運動，從攔河筑壩、修建橋梁到設計各種機械，從自行車到汽車、火車、飛機等現代交通工具的運動，從投出籃球到發(fā)射導彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從____________的規(guī)律。
2.牛頓力學的局限性：電子、質子、中子等微觀粒子不僅具有________，同時還具有波動性，它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用____________來說明，而____________能夠很好地描述微觀粒子的運動規(guī)律。
3.經典力學的適用范圍：只適用于________運動，不適用于________運動；只適用于________世界，不適用于________世界。
例3 (多選)關于經典力學、狹義相對論和量子力學，下列說法正確的是(　　)
A.狹義相對論和經典力學是相互對立的，互不相容的兩種理論
B.在物體高速運動時，物體的運動規(guī)律遵循狹義相對論，在低速運動時，物體的運動遵循牛頓運動定律
C.經典力學適用于宏觀物體的運動，量子力學適用于微觀粒子的運動
D.不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和量子力學都是適用的
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練2 下列物理現象，用牛頓力學無法解釋的是(　　)
A.高速運動的μ子壽命變長
B.人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動
C.汽車轉彎時發(fā)生的側滑現象
D.隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用
隨堂對點自測
1.(光速不變原理)地面上的觀察者測得真空中的光速為v1，在勻速直線運動的列車內，觀察者測得真空中的光速為v2，根據狹義相對論，下列判斷正確的是(　　)
A.v1>v2 B.v1C.v1＝v2 D.無法確定
2.(時間延緩效應)在一個高速旋轉的巨大轉盤上放置三個完全相同的時鐘，a放在轉軸處，b放在中間，c放在邊緣處，如圖所示。對于地面上的觀察者，根據相對論認為三個時鐘的快慢情況，下列說法正確的是(　　)
A.a鐘最快，b、c鐘一樣慢
B.a鐘最慢，b、c鐘一樣快
C.a鐘最快，c鐘最慢
D.a鐘最慢，c鐘最快
3.(長度收縮效應)一高速列車通過洞口為圓形的隧道，列車上的司機對隧道的觀察結果為(　　)
A.洞口為橢圓形，隧道長度變短
B.洞口為圓形、隧道長度不變
C.洞口為橢圓形、隧道長度不變
D.洞口為圓形，隧道長度變短
4.(牛頓力學的成就與局限性)下列關于牛頓力學的說法正確的是(　　)
A.牛頓力學適用于宏觀、低速(遠小于光速)運動的物體
B.牛頓力學適用于微觀、高速(接近光速)運動的粒子
C.相對論和量子力學的出現，表明牛頓力學已被完全否定了
D.牛頓力學在理論和實踐上取得了巨大的成功，從地面到天體的運動都服從牛頓力學的規(guī)律，因此任何情況下都適用
第5節(jié)　相對論時空觀與牛頓力學的局限性
知識點一
導學
提示　不同
知識梳理
1.電磁波　光速c　一樣　2.(1)慣性　相同　(2)光速　相同
3.慣性參考系　　>　時間延緩效應　4.靜止
l0　<　5.運動狀態(tài)
例1 C時鐘走得最慢　A時鐘走得最快
解析　根據公式Δt＝可知，相對于觀察者的速度v越大，時鐘走得越慢，所以地面上的觀察者認為C時鐘走得最慢。地面上的A時鐘相對于觀察者的速度為零，所以A走得最快。
例2 D　[取路旁的人為慣性參考系，車上的人相對于路旁的人高速運動，根據長度收縮效應，人在運動方向上將變窄，但在垂直于運動方向上沒有發(fā)生變化，故D正確。]
訓練1 B　[根據同時的相對性，火車上的人會看到兩個閃光同時到達車廂的前后壁，而地面上的人會看到閃光先到達車廂的后壁(相對火車運動方向而言)，后到達前壁，A錯誤；根據愛因斯坦的相對論可知，在任何慣性參考系中，任何物體的運動速度都不能超過光速，B正確；考慮相對論效應，根據長度與速度關系公式l＝l0知，沿自身長度方向高速運動的桿長度總比靜止時的長度短，C錯誤；由相對論的基本公式Δt＝，可知時間間隔與參考系有關，D錯誤。]
知識點二
導學
提示　不適用
知識梳理
1.牛頓力學　2.粒子性　牛頓力學　量子力學　3.低速　高速　宏觀　微觀
例3 BC　[相對論并沒有否定經典力學，而是認為經典力學是相對論在一定條件下的特殊情況，A錯誤；經典力學適用于宏觀物體的低速運動，對于微觀粒子的高速運動問題，經典力學不再適用，但相對論、量子力學適用，故B、C正確，D錯誤。]
訓練2 A　[高速運動的μ子壽命變長涉及到高速微觀領域，牛頓力學對于高速微觀領域不適用，無法解釋，故A錯誤；人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動、汽車轉彎時發(fā)生的側滑現象、隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用均屬于低速宏觀領域，用牛頓力學可以解釋，故B、C、D正確。]
隨堂對點自測
1.C　[根據狹義相對論光速不變原理，光在真空中總是以確定的速度傳播，在真空中的各個方向上，光信號傳播速度的大小均相同，光速同光源的運動狀態(tài)和觀察者所處的慣性系無關，可知v1＝v2，故C正確。]
2.C　[根據公式Δt＝可知，地面上的觀察者認為c鐘走得最慢，因為它相對觀察者的速度最大；b鐘比c鐘快一些，而a鐘最快，因為它的速度最小，選項C正確。]
3.D　[在運動方向上由于有長度收縮效應，故隧道長度變短；在垂直運動方向上，沒有長度收縮效應，即洞口為圓形，故D正確。]
4.A　[牛頓力學只適用宏觀、低速的物體，相對論和量子力學并沒有否定牛頓力學，而是認為牛頓力學是相對論在一定條件下的特殊情況，故A正確。]第5節(jié)　相對論時空觀與牛頓力學的局限性
(分值：100分)
選擇題1～10題，每小題8分，11～12題，每小題10分，共100分。
對點題組練
題組一　相對論時空觀
1.按照相對論的時空觀，下列說法正確的是(　　)
時間和空間都是獨立于物體及其運動而存在的
在不同的慣性參考系中，光的傳播速度都是相同的
運動物體的長度跟物體的運動快慢無關
在高速運動的飛機上，原子鐘的計時會變快
2.假設兄弟二人，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光速的速度離開地球去遨游太空，經過一段時間后返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現弟弟比自己蒼老許多。則該現象的科學解釋是(　　)
哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長了
弟弟因思念哥哥而加速生長
由相對論可知，物體速度越大，其時間進程越慢，生理進程也越慢
這是神話，科學無法解釋
3.某考生現在正在完成100分鐘的期末物理考試，假設一艘飛船相對該考生以0.3c的速度勻速飛過(c為真空中的光速)，則飛船上的觀察者根據相對論認為該考生考完這場考試所用時間(　　)
大于100分鐘 等于100分鐘
小于100分鐘 不能確定
4.如圖所示，質量與身高均相同的甲、乙兩人分別乘坐速度為0.6c和0.8c(c為光速)的飛船在太空中同向運動。則下列說法中正確的是(　　)
乙觀察到甲身高變高
甲觀察到乙身高變低
若甲向乙揮手，則乙觀察到甲動作變快
若甲向乙發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則乙觀察到該光束的傳播速度為c
5.如圖所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯乘坐的飛船的飛行速度為0.5c，強強向壯壯發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(　　)
0.4c 0.5c
0.9c c
題組二　牛頓力學的成就與局限性
6.(多選)牛頓的經典力學能很好地解釋下列哪些現象(　　)
高速公路上行駛的汽車
空氣中下落的雨滴
原子核外電子繞核的轉動
空氣中飄浮的肥皂泡
7.(多選)來自中國的量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”從太空發(fā)出兩道紅色的光，射向青海德令哈站與千公里外的云南麗江高美古站，首次實現人類歷史上第一次距離達“千公里級”的量子密鑰分發(fā)。下列說法正確的是(　　)
牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律
牛頓力學適用于描述光子的運動規(guī)律
量子力學可以描述“墨子號”發(fā)出的“兩道紅色的光”的運動規(guī)律
量子力學的發(fā)現說明牛頓力學已失去了實用價值
8.(多選)如果牛頓定律在參考系A中成立，而參考系B相對于A做勻速直線運動，則在參考系B中(　　)
牛頓定律也同樣成立
牛頓定律不能成立
A和B兩個參考系中，一切力學規(guī)律都是相同的
參考系B也是慣性參考系
綜合提升練
9.如圖所示，沿平直鐵路有間距相等的三座鐵塔A、B和C。假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀察者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　)
同時被照亮 A先被照亮
C先被照亮 無法判斷
10.如圖所示，位于教室中央的光源發(fā)出一個閃光，閃光照到了教室的前壁和后壁。教室的長度為10 m。在平行于教室高速運動的太空飛船上的觀察者(　　)
測得照到前壁的光的速度小于c
觀測到飛船上的時間進程比教室快
測得教室的長度大于10 m
觀察到光先到達后壁
11.美國科學家宣布，他們探測到引力波的存在。引力波是實驗驗證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內彌補了牛頓力學的局限性。關于牛頓力學，下列說法正確的是(　　)
牛頓力學完全適用于宏觀低速物體
牛頓力學取得了巨大成就，是普遍適用的
隨著物理學的發(fā)展，牛頓力學逐漸成為過時事物理論
由于相對論、量子論的提出，牛頓力學已經失去了它的應有價值
培優(yōu)加強練
12.如圖所示，假設一根10 cm長的梭鏢以接近光速的速度穿過一根10 cm長的靜止的管子，它們的長度都是在靜止狀態(tài)下測量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過管子情況的是(　　)
靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢
靜止的觀察者看到梭鏢變長，因此在某個位置，梭鏢從管子的兩端伸出來
靜止的觀察者看到兩者的收縮量相等，因此在某個位置，管子仍恰好遮住梭鏢
如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，則二者的相對速度是2c
第5節(jié)　相對論時空觀與牛頓力學的局限性
1.B　[相對論的時空觀認為時間和空間與物體及其運動都有關系，故A錯誤；相對論的時空觀認為在不同的慣性參考系中，光的傳播速度都是相同的，故B正確；相對論的時空觀認為運動物體的長度跟物體的運動快慢有關，故C錯誤；相對論的時空觀認為在高速運動的飛機上，原子鐘的計時會變慢，故D錯誤。]
2.C　[根據公式Δt＝可知，物體的速度越大，其時間進程越慢，故C正確。]
3.A　[根據狹義相對論可知，飛船相對該考生以0.3c的速度勻速飛過時，飛船上的觀察者認為該考生考完這場考試所用的時間Δt＝>Δτ，即飛船上的觀察者認為該考生考完這場考試所用的時間大于100分鐘，選項A正確。]
4.D　[因為人是垂直于速度方向站立的，身高方向上沒有發(fā)生長度收縮效應，即甲、乙觀察到對方的身高都不變，故A、B錯誤；根據相對論的時間延緩效應，可知乙觀察到甲動作變慢，故C錯誤；根據愛因斯坦光速不變原理知，乙觀察到該光束的傳播速度仍為c，故D正確。]
5.D　[根據愛因斯坦相對論，在任何參考系中，光速不變，即光速不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變，所以壯壯觀測到該光束的傳播速度為c，故D正確。]
6.ABD　[經典力學只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。高速公路上行駛的汽車、空氣中下落的雨滴、空氣中飄浮的肥皂泡都屬于宏觀、低速范疇，經典力學適用；原子核外電子繞核的轉動屬于微觀現象，經典力學不適用，故A、B、D正確。]
7.AC　[牛頓力學可以用來描述宏觀低速運動問題，故牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律，故A正確；對于運動速度接近光速的物體的運動，不適合用牛頓力學來描述，故B錯誤；量子力學可以描述“墨子號”發(fā)出的“兩道紅色的光”的運動規(guī)律，因為紅光運動速度為光速，所以需考慮相對論效應，使用量子力學描述，故C正確；量子力學和牛頓力學適用范圍不同，量子力學適用于高速運動，在宏觀低速運動中，牛頓力學仍然適用，不能說牛頓力學已經失去了實用價值，故D錯誤。]
8.ACD　[牛頓定律適用于慣性參考系，參考系B也是慣性參考系，牛頓定律也同樣成立；A和B兩個參考系中，一切力學規(guī)律都是相同的，故A、C、D正確。]
9.C　[光速不變，列車上觀察者以列車為參考系，觀察到的是由B發(fā)出后經A、C反射的光，由于列車在這段時間內靠近C而遠離A，所以C的反射光先到達列車上的觀察者，即鐵塔C先被照亮，選項C正確。]
10.B　[根據光速不變原理，測得照到前壁的光速等于c，觀察到光同時到達前壁和后壁，故A、D錯誤；根據相對論原理，觀測到飛船上的時間進程比教室快，B正確；測得教室的長度小于10 m，C錯誤。]
11.A　[牛頓力學完全適用于宏觀低速運動的物體，A正確；牛頓力學取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍適用的，B錯誤；在微觀高速下要用量子力學和相對論來解釋，但是并不會因為相對論和量子力學的出現，就否定了牛頓力學，牛頓力學仍然是正確的，不會過時也不會失去價值，C、D錯誤。]
12.A　[梭鏢相對于靜止的觀察者高速運動，根據相對論的長度收縮效應可知，梭鏢長度收縮變短，而管子相對于觀察者是靜止的，同理可知管子長度不變，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢，故A正確，B、C錯誤；如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，根據光速不變原理知，二者的相對速度是c，故D錯誤。](共37張PPT)
第5節(jié)　相對論時空觀與牛頓力學的局限性
第七章　萬有引力與宇宙航行
1.感受牛頓力學在高速世界與事實的矛盾，知道牛頓力學只適用于低速、宏觀物體的運動。
2.知道愛因斯坦狹義相對論的基本假設，知道長度相對性和時間間隔相對性的表達式。
3.關注宇宙起源和演化的研究進展。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　牛頓力學的成就與局限性
知識點一　相對論時空觀
知識點一　相對論時空觀
　　　如圖，在高速運行的列車車廂的頂部有一個反光鏡，列車上一個人對著反光鏡發(fā)射一束光。
思考：列車上的人和地面上的人觀察到的光的往返時間是否相同？
提示　不同
1.電磁波與光速
英國物理學家麥克斯韋根據電磁場理論預言了________的存在，并證明電磁波的傳播速度等于________。1887年的邁克耳孫—莫雷實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是______的。
2.愛因斯坦假設
(1)在不同的______參考系中，物理規(guī)律的形式都是______的。
(2)真空中的______在不同的慣性參考系中大小都是______的。
電磁波
光速c
一樣
慣性
相同
光速
相同
>
時間延緩效應
慣性參考系
5.相對論時空觀：運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的__________有關。
靜止
<
運動狀態(tài)
角度1　時間延緩效應
例1 如圖所示，A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度vB和vC朝同一方向飛行的兩枚火箭上，且vB答案　C時鐘走得最慢　A時鐘走得最快
D
角度2　長度收縮效應
例2 假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，其內站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車里的人，觀察的結果是(　　)
A.這個人是一個矮胖子
B.這個人是一個瘦高個子
C.這個人矮但不胖
D.這個人瘦但不高
解析　取路旁的人為慣性參考系，車上的人相對于路旁的人高速運動，根據長度收縮效應，人在運動方向上將變窄，但在垂直于運動方向上沒有發(fā)生變化，故D正確。
相對于地面以速度v運動的物體，從地面上看：
(1)沿著運動方向上的長度變短了，速度越大，變短得越多。
(2)在垂直于運動方向上不發(fā)生長度收縮效應現象。　　　　
B
訓練1 下列說法中正確的是(　　)
A.在高速運動的火車車廂中央，光源同時向車廂前后兩壁發(fā)出了一個閃光，地面上的人看到閃光同時到車廂的前后壁
B.在任何慣性參考系中，物體的運動速度都不能超過光速
C.一條沿自身長度方向高速運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度大
D.同樣的兩個事件，在不同的參考系中觀測，時間間隔都相同
知識點二　牛頓力學的成就與局限性
　　　如圖所示，質子束被加速到接近光速，牛頓力學適用于質子束的運動規(guī)律嗎？
提示　不適用
1.牛頓力學的成就：從地面上物體的運動到天體的運動，從攔河筑壩、修建橋梁到設計各種機械，從自行車到汽車、火車、飛機等現代交通工具的運動，從投出籃球到發(fā)射導彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從__________的規(guī)律。
2.牛頓力學的局限性：電子、質子、中子等微觀粒子不僅具有________，同時還具有波動性，它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用__________來說明，而__________能夠很好地描述微觀粒子的運動規(guī)律。
3.經典力學的適用范圍：只適用于______運動，不適用于______運動；只適用于______世界，不適用于______世界。
牛頓力學
粒子性
牛頓力學
量子力學
低速
高速
宏觀
微觀
BC
例3 (多選)關于經典力學、狹義相對論和量子力學，下列說法正確的是(　　)
A.狹義相對論和經典力學是相互對立的，互不相容的兩種理論
B.在物體高速運動時，物體的運動規(guī)律遵循狹義相對論，在低速運動時，物體的運動遵循牛頓運動定律
C.經典力學適用于宏觀物體的運動，量子力學適用于微觀粒子的運動
D.不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和量子力學都是適用的
解析　相對論并沒有否定經典力學，而是認為經典力學是相對論在一定條件下的特殊情況，A錯誤；經典力學適用于宏觀物體的低速運動，對于微觀粒子的高速運動問題，經典力學不再適用，但相對論、量子力學適用，故B、C正確，D錯誤。
A
訓練2 下列物理現象，用牛頓力學無法解釋的是(　　)
A.高速運動的μ子壽命變長
B.人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動
C.汽車轉彎時發(fā)生的側滑現象
D.隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用
解析　高速運動的μ子壽命變長涉及到高速微觀領域，牛頓力學對于高速微觀領域不適用，無法解釋，故A錯誤；人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動、汽車轉彎時發(fā)生的側滑現象、隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用均屬于低速宏觀領域，用牛頓力學可以解釋，故B、C、D正確。
隨堂對點自測
2
C
1.(光速不變原理)地面上的觀察者測得真空中的光速為v1，在勻速直線運動的列車內，觀察者測得真空中的光速為v2，根據狹義相對論，下列判斷正確的是(　　)
A.v1>v2 B.v1C.v1＝v2 D.無法確定
解析　根據狹義相對論光速不變原理，光在真空中總是以確定的速度傳播，在真空中的各個方向上，光信號傳播速度的大小均相同，光速同光源的運動狀態(tài)和觀察者所處的慣性系無關，可知v1＝v2，故C正確。
C
2.(時間延緩效應)在一個高速旋轉的巨大轉盤上放置三個完全相同的時鐘，a放在轉軸處，b放在中間，c放在邊緣處，如圖所示。對于地面上的觀察者，根據相對論認為三個時鐘的快慢情況，下列說法正確的是(　　)
A.a鐘最快，b、c鐘一樣慢
B.a鐘最慢，b、c鐘一樣快
C.a鐘最快，c鐘最慢
D.a鐘最慢，c鐘最快
D
3.(長度收縮效應)一高速列車通過洞口為圓形的隧道，列車上的司機對隧道的觀察結果為(　　)
A.洞口為橢圓形，隧道長度變短
B.洞口為圓形、隧道長度不變
C.洞口為橢圓形、隧道長度不變
D.洞口為圓形，隧道長度變短
解析　在運動方向上由于有長度收縮效應，故隧道長度變短；在垂直運動方向上，沒有長度收縮效應，即洞口為圓形，故D正確。
A
4.(牛頓力學的成就與局限性)下列關于牛頓力學的說法正確的是(　　)
A.牛頓力學適用于宏觀、低速(遠小于光速)運動的物體
B.牛頓力學適用于微觀、高速(接近光速)運動的粒子
C.相對論和量子力學的出現，表明牛頓力學已被完全否定了
D.牛頓力學在理論和實踐上取得了巨大的成功，從地面到天體的運動都服從牛頓力學的規(guī)律，因此任何情況下都適用
解析　牛頓力學只適用宏觀、低速的物體，相對論和量子力學并沒有否定牛頓力學，而是認為牛頓力學是相對論在一定條件下的特殊情況，故A正確。
課后鞏固訓練
3
B
題組一　相對論時空觀
1.按照相對論的時空觀，下列說法正確的是(　　)
A.時間和空間都是獨立于物體及其運動而存在的
B.在不同的慣性參考系中，光的傳播速度都是相同的
C.運動物體的長度跟物體的運動快慢無關
D.在高速運動的飛機上，原子鐘的計時會變快
對點題組練
解析　相對論的時空觀認為時間和空間與物體及其運動都有關系，故A錯誤；相對論的時空觀認為在不同的慣性參考系中，光的傳播速度都是相同的，故B正確；相對論的時空觀認為運動物體的長度跟物體的運動快慢有關，故C錯誤；相對論的時空觀認為在高速運動的飛機上，原子鐘的計時會變慢，故D錯誤。
C
2.假設兄弟二人，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光速的速度離開地球去遨游太空，經過一段時間后返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現弟弟比自己蒼老許多。則該現象的科學解釋是(　　)
A.哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長了
B.弟弟因思念哥哥而加速生長
C.由相對論可知，物體速度越大，其時間進程越慢，生理進程也越慢
D.這是神話，科學無法解釋
A
3.某考生現在正在完成100分鐘的期末物理考試，假設一艘飛船相對該考生以0.3c的速度勻速飛過(c為真空中的光速)，則飛船上的觀察者根據相對論認為該考生考完這場考試所用時間(　　)
A.大于100分鐘 B.等于100分鐘 C.小于100分鐘 D.不能確定
D
4.如圖所示，質量與身高均相同的甲、乙兩人分別乘坐速度為0.6c和0.8c(c為光速)的飛船在太空中同向運動。則下列說法中正確的是(　　)
A.乙觀察到甲身高變高
B.甲觀察到乙身高變低
C.若甲向乙揮手，則乙觀察到甲動作變快
D.若甲向乙發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則乙觀察到該光束的傳播速度為c
解析　因為人是垂直于速度方向站立的，身高方向上沒有發(fā)生長度收縮效應，即甲、乙觀察到對方的身高都不變，故A、B錯誤；根據相對論的時間延緩效應，可知乙觀察到甲動作變慢，故C錯誤；根據愛因斯坦光速不變原理知，乙觀察到該光束的傳播速度仍為c，故D正確。
D
5.如圖所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯乘坐的飛船的飛行速度為0.5c，強強向壯壯發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(　　)
A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.c
解析　根據愛因斯坦相對論，在任何參考系中，光速不變，即光速不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變，所以壯壯觀測到該光束的傳播速度為c，故D正確。
ABD
題組二　牛頓力學的成就與局限性
6.(多選)牛頓的經典力學能很好地解釋下列哪些現象(　 　)
A.高速公路上行駛的汽車 B.空氣中下落的雨滴
C.原子核外電子繞核的轉動 D.空氣中飄浮的肥皂泡
解析　經典力學只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。高速公路上行駛的汽車、空氣中下落的雨滴、空氣中飄浮的肥皂泡都屬于宏觀、低速范疇，經典力學適用；原子核外電子繞核的轉動屬于微觀現象，經典力學不適用，故A、B、D正確。
AC
7.(多選)來自中國的量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”從太空發(fā)出兩道紅色的光，射向青海德令哈站與千公里外的云南麗江高美古站，首次實現人類歷史上第一次距離達“千公里級”的量子密鑰分發(fā)。下列說法正確的是(　　)
A.牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律
B.牛頓力學適用于描述光子的運動規(guī)律
C.量子力學可以描述“墨子號”發(fā)出的“兩道紅色的光”的運動規(guī)律
D.量子力學的發(fā)現說明牛頓力學已失去了實用價值
解析　牛頓力學可以用來描述宏觀低速運動問題，故牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律，故A正確；對于運動速度接近光速的物體的運動，不適合用牛頓力學來描述，故B錯誤；量子力學可以描述“墨子號”發(fā)出的“兩道紅色的光”的運動規(guī)律，因為紅光運動速度為光速，所以需考慮相對論效應，使用量子力學描述，故C正確；量子力學和牛頓力學適用范圍不同，量子力學適用于高速運動，在宏觀低速運動中，牛頓力學仍然適用，不能說牛頓力學已經失去了實用價值，故D錯誤。
ACD
8.(多選)如果牛頓定律在參考系A中成立，而參考系B相對于A做勻速直線運動，則在參考系B中(　　 )
A.牛頓定律也同樣成立
B.牛頓定律不能成立
C.A和B兩個參考系中，一切力學規(guī)律都是相同的
D.參考系B也是慣性參考系
解析　牛頓定律適用于慣性參考系，參考系B也是慣性參考系，牛頓定律也同樣成立；A和B兩個參考系中，一切力學規(guī)律都是相同的，故A、C、D正確。
C
9.如圖所示，沿平直鐵路有間距相等的三座鐵塔A、B和C。假
想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發(fā)出一個閃
光，列車上的觀察者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　)
A.同時被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.無法判斷
解析　光速不變，列車上觀察者以列車為參考系，觀察到的是由B發(fā)出后經A、C反射的光，由于列車在這段時間內靠近C而遠離A，所以C的反射光先到達列車上的觀察者，即鐵塔C先被照亮，選項C正確。
綜合提升練
B
10.如圖所示，位于教室中央的光源發(fā)出一個閃光，閃光照到了教室的前壁和后壁。教室的長度為10 m。在平行于教室高速運動的太空飛船上的觀察者(　　)
A.測得照到前壁的光的速度小于c
B.觀測到飛船上的時間進程比教室快
C.測得教室的長度大于10 m
D.觀察到光先到達后壁
解析　根據光速不變原理，測得照到前壁的光速等于c，觀察到光同時到達前壁和后壁，故A、D錯誤；根據相對論原理，觀測到飛船上的時間進程比教室快，B正確；測得教室的長度小于10 m，C錯誤。
A
11.美國科學家宣布，他們探測到引力波的存在。引力波是實驗驗證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內彌補了牛頓力學的局限性。關于牛頓力學，下列說法正確的是(　　)
A.牛頓力學完全適用于宏觀低速物體
B.牛頓力學取得了巨大成就，是普遍適用的
C.隨著物理學的發(fā)展，牛頓力學逐漸成為過時事物理論
D.由于相對論、量子論的提出，牛頓力學已經失去了它的應有價值
解析　牛頓力學完全適用于宏觀低速運動的物體，A正確；牛頓力學取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍適用的，B錯誤；在微觀高速下要用量子力學和相對論來解釋，但是并不會因為相對論和量子力學的出現，就否定了牛頓力學，牛頓力學仍然是正確的，不會過時也不會失去價值，C、D錯誤。
A
12.如圖所示，假設一根10 cm長的梭鏢以接近光速的速度穿過一根10 cm長的靜止的管子，它們的長度都是在靜止狀態(tài)下測量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過管子情況的是(　　)
培優(yōu)加強練
A.靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個位
置，管子能完全遮住梭鏢
B.靜止的觀察者看到梭鏢變長，因此在某個位置，梭鏢從管子的兩端伸出來
C.靜止的觀察者看到兩者的收縮量相等，因此在某個位置，管子仍恰好遮住梭鏢
D.如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，則二者的相對速度是2c
解析　梭鏢相對于靜止的觀察者高速運動，根據相對論的長度收縮效應可知，梭鏢長度收縮變短，而管子相對于觀察者是靜止的，同理可知管子長度不變，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢，故A正確，B、C錯誤；如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，根據光速不變原理知，二者的相對速度是c，故D錯誤。

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