7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性（知识解读）（原卷版）

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性（知识解读）（原卷版）•知识点1相对论时空观•知识点2牛顿力学的局限性•知识点3宇宙起源与恒星的演化•作业巩固训练知识点1相对论时空观知识点1相对论时空观1．狭义相对论的两个基本假设

（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。

（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。

2．时间和空间的相对性

（1）“同时”的相对性：同时是相对的，与参考系的运动有关。

（2）时间间隔的相对性：。

（3）长度的相对性：。

3．相对论的三个结论

（1）相对论的速度变换公式。

（2）相对论质量。【典例11】在狭义相对论中，下列说法中正确的是（）A．经典物理学可视为相对论在低速运动时的特例B．真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的C．在高速运动情况下，惯性参考系中的物理规律不一定相同D．狭义相对论全面否定了经典物理学【典例12】（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（）A．牛顿首先发现了万有引力定律B．卡文迪什第一个测出了引力常量，也成为了第一个测出地球质量的人C．相对论的创立表明牛顿力学已不再适用D．相对论时空观把物理学推到更高领域【典例13】（1）为了提高定位精度，卫星定位系统的时钟需要精确同步。导航卫星在高空绕地球高速运动，根据狭义相对论，卫星里的时钟要比静止在地面的时钟走得；而根据广义相对论，地面的引力场强于卫星所处位置的引力场，所以卫星里的时钟要比静止在地面的时钟走得。（选填“快”或“慢”）（2）除（1）中的相对论效应外，请再各举例一个效应：①由于狭义相对论引起：，②由于广义相对论引起：。【典例14】根据狭义相对论，当物体以速度v运动时，它的质量m大于静止时的质量m0，两者的关系为。处理问题时若仍然使用m0的数值，便会发生一定的误差。问：当物体的速度v达到多大时，m相对m0才会有1%的误差？【变式11】你现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对你以0.3c的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间（）A．大于100分钟 B．等于100分钟 C．小于100分钟【变式12】（多选）下列选项中，属于狭义相对论基本假设的有：（）A．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的B．在不同的惯性参考系中，真空中的光速大小都是相同的C．运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体的运动状态有关D．运动物体的质量随着速度的增加而增大【变式13】如图所示，在未来某年A乘坐速度为0.8c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的B，B的飞行速度为0.6c，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观测到该光束的传播速度为。【变式14】一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动。此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同。求电子相对于实验室参考系的速度。知识点2牛顿力学的局限性知识点2牛顿力学的局限性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宏观低速运动的规律，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。【典例21】牛顿定律的适用范围是（）A．微观物体、低速运动 B．宏观物体、低速运动C．宏观物体、高速运动 D．微观物体、高速运动【典例22】（多选）以下说法正确的是()A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．牛顿力学理论具有一定的局限性C．在牛顿力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变D．相对论和量子力学否定了牛顿力学理论【典例23】从微观世界到无限宇宙，人们一直在探索着自然的奥秘1897年，物理学家汤姆孙发现了电子、揭示了是可分的。物理学家在前人的研究积累上。发现日月星辰的旋转与苹果下落有着某些相似，建立了著名的万有引力定律。【典例24】牛顿力学的局限性体现在哪些方面？【变式21】下列情况中，牛顿运动定律不适用的是（）A．研究原子中电子的运动 B．研究神舟十六号飞船的发射速度C．研究地球绕太阳的运动 D．研究一颗铅球的投掷射程【变式22】（多选）20世纪以来人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释。经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。这说明（）A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C．经典力学与相对论是相互矛盾的一对理论D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【变式23】如图甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体，则经典力学于质子束的运动规律，中子星的引力规律（选填“适用”“不适用”）。【变式24】对于质量为1.4倍太阳质量、半径与地球相同的白矮星，计算它的，你认为牛顿力学可以正确描写白矮星的运动吗？简述理由。（太阳质量，引力常量，地球半径，光速）知识点3宇宙起源与恒星的演化知识点3宇宙起源与恒星的演化1、宇宙起源（宇宙大爆炸理论）

（1）宇宙大爆炸理论是目前广泛接受的宇宙起源理论，它表明宇宙起源于一个极度热密的初始状态，然后经历了急剧膨胀。

（2）这一理论解释了宇宙中各种天体的分布、宇宙背景辐射以及宇宙的演化历史。

（3）它是由比利时天文学家乔治•勒梅特和美国天文学家埃德温•哈勃等人提出的。

2、恒星的演化

（1）恒星初级阶段：由星云向外辐射能量，所形成的的反向推力聚集而成，类似于水的冷凝。

（2）恒星阶段：当初始星云，具备了向内运动的动力，并且聚集之后，突破星云物质分子、原子，释放大量热能的同时释放出十分巨大的空间。

（3）恒星衰老之后的演变取决于恒星的质量：当质量足够大能够压破原子核，就能形成中子星；大到能够压迫中子就可能形成所谓的黑洞；当然恒星质量不足，最终无法进入下一个阶段，只能衰变为白矮星。【典例31】（1）在对太阳进行科学研究的过程中，科学家们发现了很多牛顿力学无法解释的现象。以牛顿运动定律为基础的牛顿力学的适用范围是（）A．低速宏观弱引力下的运动问题 B．高速微观弱引力下的运动问题C．低速微观强引力下的运动问题 D．高速宏观强引力下的运动问题（2）不同于牛顿的绝对时空观，相对时空观认为同时具有相对性。有两个惯性参考系1和2，彼此相对做匀速直线运动，下列叙述正确的是（）A．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了B．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了C．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了D．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了（3）速度引起的钟慢效应是狭义相对论的推论之一。现有一个高速旋转的巨大转盘上放置三个完全相同的时钟，a放在转轴处，b放在中间，c放在边缘处，如图所示。对于地面上的观察者，根据相对论认为三个时钟的快慢情况，下列说法正确的是（）A．a钟最快，b、c钟一样慢 B．a钟最慢，b、c钟一样快C．a钟最快，c钟最慢 D．a钟最慢，c钟最快（4）太阳是银河系中一颗典型的恒星，已知目前恒星的演化存在三种过程，其中小质量的恒星演化过程为（）A．原始星云—恒星—红巨星—白矮星 B．原始星云—恒星—红超巨星—白矮星C．原始星云—恒星—红巨星—中子星 D．原始星云—恒星—红超巨星—黑洞【变式31】以下说法中，不正确的是（）A．电磁波谱包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线B．牛顿环是薄膜干涉的结果，当用频率更高的单色光照射时，同级牛顿环半径将会变大C．遥远星系所生成的光谱都呈现“红移”，即光谱线都向红色部分移动了一段距离，由此现象可知宇宙在膨胀D．迈克耳孙莫雷实验结果表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样1．下列运动中不能用经典力学规律描述的是（）A．和谐号从深圳向广州飞驰B．人造卫星绕地球运动 C．粒子接近光速的运动2．通过学习狭义相对论理论，可知下列说法正确的是（）A．牛顿力学在任何情况下都适用B．在所有的惯性参考系中，测得的真空中的光速相同C．在不同的惯性参考系中，一切物理规律的形式都是不同的3．相对论中，关于飞船飞行时间间隔的相对性，下列相关叙述中不正确的是（）A．同方向以相等速率飞行的两只飞船上的航天员测得的对方的飞行时间总一致B．在飞船上观察，地球上的时间进程变快了，其一切变化过程均变快了C．在地球上观察，飞船上的时间进程变慢了，其一切变化过程均变慢了4．关于经典力学，下列说法正确的是（）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5．下列说法正确的是（）A．做曲线运动的物体，加速度方向与合力方向不在同一条直线上B．根据开普勒第三定律，所有行星公转周期的三次方跟它的轨道的半长轴的二次方的比都相等，即C．洗衣机的脱水桶，能将衣物甩干，是因为脱水桶高速运转时，衣物上的水受到了离心力作用D．爱因斯坦假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的6．如图所示，假设一列火车沿水平轨道接近光速匀速行驶，车厢正中央的光源S发出了一个闪光，车上的人甲和车旁边的人乙进行观察，则（）A．甲认为闪光先到达车厢的后壁B．甲认为闪光先到达车厢的前壁C．乙认为闪光先到达车厢的后壁D．乙认为闪光先到达车厢的前壁7．如图所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两火箭上，且vb<vc，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为。8．“世界物理年”决议的做出与爱因斯坦的相对论时空观有关。根据爱因斯坦的理论，一把米尺，在它与观察者有不同相对速度的情况下，米尺长度是不同的，它们之间的关系见图。由此可知，当米尺和观察者的相对速度达到（为光速）时，米尺长度大约是m。在日常长度大约是m。在日常生活中，我们无法察觉到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度。9．一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞过。（1）火箭上的人测得火箭的长度应为。（2）观察者测得火箭的长度应为。（3）如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为。10．学习了广义相对论后，某同学设想通过使空间站围绕过环心并垂直于环面的中心轴旋转，使空间站中的航天员获得“人造重力”解决太空中长期失重的问题。(1)（多选）广义