2025新课改-高中物理-必修第2册（16讲）11 A相对论时空观与牛顿力学的局限性 基础版含答案

2025新课改-高中物理-必修第2册（16讲）11A相对论时空观与牛顿力学的局限性基础版相对论时空观与牛顿力学的局限性知识点：相对论时空观与牛顿力学的局限性一、相对论时空观1.19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c.2.1887年迈克耳孙—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！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”).3.爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的.4.时间延缓效应(1)如果相对于地面以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Δτ，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Δt，那么两者之间的关系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)Δt与Δτ的关系总有Δt＞Δτ，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”或“无关”)5.长度收缩效应：(1)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l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).(2)l与l0的关系总有l＜l0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无关”或“有关”)二、牛顿力学的成就与局限性1.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬.2.牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏观”或“微观”)物体.(1)当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同.(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明.3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体运动的速度远小于光速c时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.技巧点拨一、相对论时空观1.低速与高速(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体.(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.2.相对论的两个效应(1)时间延缓效应：运动时钟会变慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)长度收缩效应：运动长度会收缩，即l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).3.对于低速运动的物体，相对论效应可以忽略不计，一般用经典力学规律来处理；对于高速运动问题，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理.二、牛顿力学的成就与局限性1.经典力学的成就(1)经典力学体系是时代的产物，是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础.(2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响.2.经典力学的局限性及适用范围(1)经典力学适用于低速运动的物体，相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律.(2)经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律.3.相对论和量子力学没有否定经典力学(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别；(2)当的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形例题精练1．关于经典力学的成就与局限性的有关说法不正确的是（）A．经典力学又称牛顿力学 B．与经典力学体系相适应，牛顿建立了绝对时空观 C．经典力学能解释微观世界丰富多彩的现象 D．经典力学只适用于宏观（＞10﹣10m）、低速（v≪c）、弱引力场（例如地球附近）【分析】明确经典力学的基本内容，知道其局限性即可正确求解。【解答】解：A、经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理，所以经典力学又称牛顿力学，故A正确；B、经典力学有两个基本假定，其中之一就是假定时间和空间是绝对的，故B正确；C、一般来说，经典力学适用于弱引力场中的宏观物体的低速运动。并不适用于微观，故C错误；D、经典力学只适用于宏观（＞10﹣10m）、低速（v＜＜c）、弱引力场（例如地球附近），故D正确。本题选不正确的，故选：C。【点评】本题考查经典力学的局限性，要注意明确经典力学适用于宏观低速物体，不适用于微观高速物体。2．（2021春•丰台区期中）下列运动中，牛顿力学规律适用的是（）A．研究原子中电子的运动 B．高能粒子（速度较大）进一步加速 C．粒子接近光速的运动 D．嫦娥一号探月卫星的运动【分析】根据牛顿运动定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子；（3）参照系应为惯性系。【解答】解：牛顿第二定律适用于宏观低速的物体，不适用于微观高速的物体，故只有嫦娥一号探月卫星的运动，牛顿力学规律是适用的，其他三适均不适用，故D正确，ABC错误。故选：D。【点评】本题主要考查了牛顿运动定律的适用范围，牢记牛顿力学规律适用于宏观低速物体即可。随堂练习1．（2021春•玄武区校级月考）下列运动中不能用经典力学规律描述的是（）A．子弹的飞行 B．粒子接近光速的运动 C．人造卫星绕地球运动 D．和谐号从南通向上海飞驰【分析】经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学．【解答】解：子弹的飞行、和谐号的运动及人造卫星绕地球的运动，都属于宏观低速，经典力学能适用，而粒子接近光速的运动，不能适用于经典力学，故ACD错误，B正确；故选：B。【点评】当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加，不能适用于经典力学．2．（2020秋•嘉定区期末）经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（）A．2.5×10﹣1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s【分析】经典力学只适用于宏观低速运动的物体。【解答】解：经典力学只适用于宏观低速，物体速度接近光速c＝3×108m/s时不再适用，故ABC错误，D正确。故选：D。【点评】解答本题的关键是知道经典力学只适用于宏观低速运动的物体。3．（2015秋•海门市校级期中）如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v（v接近光速c）．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离（）A．大于L B．等于L C．小于L D．不能确定【分析】根据长度的相对性即可判断两飞船间的距离．【解答】解：根据相对性长度的公式：L＝，L0为在相对静止参考系中的长度，L为在相对运动参考系中的长度。地面上测得它们相距为L，是以地面为参考系，飞船的速度是v，二者相对是运动的；而A测得的长度是以飞船A为参考系，B相对于A是静止的，属于静止参考系的长度L0，所以大于L。故选：A。【点评】本题考查了相对论等知识点，难度不大，是高考的热点问题，解答该题的关键是理解公式L＝中各个物理量的意义．4．（2020春•宁波期末）经典力学有一定的局限性，下列情境中经典力学不适用的是（）A．小朋友坐滑梯下滑 B．轮船在大海上航行 C．宇宙粒子接近光速运动 D．子弹在空中高速飞行【分析】根据牛顿运动定律的适用范围进行分析，明确经典力学的局限性即可正确分析求解。【解答】解：根据牛顿运动定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观粒子；（3）参照系应为惯性系，则可知经典力学不适用的是宇宙粒子接近光速飞行；而小朋友做滑梯、轮船航行以及子弹的高速飞行均符合以上三条，经典力学可以适用，宇宙粒子接近光速运动，故C经典力学不适用，ABD适用；本题选择经典力学不适用的，故选：C。【点评】本题主要考查了经典力学的适用范围，只要记住即可，同时注意体会经典力学的局限性。综合练习一．选择题（共10小题）1．（2020春•淮安区期中）牛顿力学也有其局限性，在下列情形中能够成立的是（）A．宏观物体高速运动 B．微观世界 C．宏观物体低速运动 D．强引力场【分析】明确经典力学的局限性，知道经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场的条件下，不适用于微观、高速、强引力场。【解答】解：牛顿力学也有其局限性，它只能适用于弱引力场中的宏观物体低速运动，不适用于微观、高速以及强引力场，故C正确，ABD错误。故选：C。【点评】经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于狭义相对论。2．（2020春•沭阳县期中）一枚静止时长30m的火箭以1.5×108m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108m/s，观察者测得火箭的长度约为（）A．30m B．15m C．34m D．26m【分析】明确狭义相对论中长度的相对性公式L＝L0，根据公式即可求出观察者所测得火箭的长度。【解答】解：根据长度的相对性L＝L0得观察者测得火箭的长度为L＝30×m≈26m，故D正确，ABC错误。故选：D。【点评】狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩。可以通俗的理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。3．（2020春•徐州期中）相对论和量子力学的出现使人们认识到经典力学的适用范围是（）A．低速运动宏观世界 B．低速运动微观世界 C．高速运动微观世界 D．高速运动宏观世界【分析】经典力学的适用条件为，宏观世界，低速运动，经典力学在微观、高速情况下不再适用。【解答】解：经典力学在微观，高速情况下不再适用，经典力学的适用条件为，宏观世界，低速运动，故A正确，BCD错误。故选：A。【点评】这是对经典物理局限性的考查，只要知道这个知识点就行，并不要求对此知识点应用计算。4．（2019春•张家界期末）关于经典力学，下列说法错误的是（）A．由于相对论、量子力学的提出，经典力学已经被完全否定 B．经典力学可看作相对论、量子力学在一定条件下的特殊情形 C．经典力学在宏观物体、低速运动、引力不太大时适用 D．经典力学对高速运动的微观粒子不适用【分析】经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。【解答】解：相对论、量子力学的提出，没有否定经典力学，只是对力学的完善；经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。故A错误BCD正确。本题选错误的，故选：A。【点评】此题考查经典力学的适用范围和相对论、量子力学主要研究的对象，注意量子力学并没有否定经典力学，只是对力学进行了完善。5．（2019春•高台县校级期中）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．“勇气号”宇宙探测器的运动 D．以99%倍光速运行的电子束【分析】经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。【解答】解：火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、宇宙探测器的运动都属低速，经典力学能适用。对于高速微观的情形经典力学不适用，故对以99%倍光速运行的电子束不适用；故D正确ABC错误。本题选不适用的，故选：D。【点评】电子及电子以下（中子，质子，原子，离子，分子是实物粒子）都可以认为是微观粒子；微观粒子以及高速运动的物体不适用于经典力学。6．（2018春•扶余市校级期中）如果有一列火车，以很高的速度运动，车窗沿运动方向为长，垂直运动方向为宽，根据相对论的知识，地面上的人发现（）A．火车窗口比静止时要长 B．火车窗口比静止时要短 C．火车窗口比静止时要宽 D．火车窗口比静止时要窄【分析】本题关键是知道狭义相对论的一个重要效应﹣﹣尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短。【解答】解：由于尺缩效应，在运动的方向上，长度要缩短，所以车窗的长度比静止时更短，但是在与运动方向垂直的宽不会变化，故ACD错误，B正确；故选：B。【点评】此题考查狭义相对论的基本结论，熟记并理解它，可以解决所有关于狭义相对论的问题。7．（2018春•禅城区校级期中）经典力学不能适用下列哪些运动（）A．火箭的发射 B．微观粒子的波动性 C．“勇气号”宇宙探测器在太空的运动 D．宇宙飞船绕地球的运动【分析】经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。【解答】解：经典力学适用宏观低速物体的运动，而不适应微观高速粒子的运动；则经典力学不能适用微观粒子的波动性，故B正确，ACD错误。故选：B。【点评】本题考查经典力学的局限性，注意明确当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加。8．（2018春•平安区校级期中）经典力学不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．微观粒子的波动 D．汽车在公路上行驶【分析】根据牛顿运动定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子；（3）参照系应为惯性系。【解答】解：经典力学适用于宏观低速运动，火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动和汽车在公路上行驶，均属于宏观低速适用于经典力学，故ABD不符合题意；经典力学不适用于微观粒子的波动，故C符合题意。本题考查经典力学不适用的，故选：C。【点评】本题考查经典力学的适用范围，属于记忆内容的考查，牢记相关内容即可准确求解。9．（2018春•和平区校级月考）若一列火车以接近光速的速度在高速行驶，车上的人用望远镜来观察地面上的一只排球，如果观察的很清晰，则观察结果是（）A．像一只乒乓球（球体变小） B．像一只篮球（球体变大） C．像一只橄榄球（竖直放置） D．像一只橄榄球（水平放置）【分析】狭义相对论确保任何物理定律在不同参照系的相同，以观察者为参照系则排球以相同大小的速度反向运动，利用长度收缩效应即可作答【解答】解：根据狭义相对论，以观察者为参照系，则排球以接近光速的速度反向运动，根据长度收缩效应可知，观察者测得排球的水平宽度变短，竖直长度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球。故选：C。【点评】本题考查了狭义相对论参照系变换与长度收缩性：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，注意在变换参照系时要确保参照系是匀速直线运动的10．（2018春•资阳期末）下列说法中错误的是（）A．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关 B．在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可减小干涉条纹的间距 C．光具有波粒二象性，传播时往往表现出波动性，与物质相互作用时往往表现出粒子性 D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响【分析】真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。双缝干涉条纹的间距与波长成正比。光具有波粒二象性。拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光。【解答】解：A、根据相对论的基本原理知真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关，故A正确。B、双缝干涉条纹的间距与波长成正比，红光的波长比黄光的长，则在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，故B错误。C、光具有波粒二象性，传播时往往表现出波动性，与物质相互作用时往往表现出粒子性，故C正确。D、反射光属于偏振光，往往在镜头加偏振片的作用可以减弱玻璃的反射光的强度；故D正确。本题选错误的，故选：B。【点评】解决本题的关键是了解近代物理常识，对光的本性、光的常见现象及形成原因要理解并掌握。二．多选题（共6小题）11．（2020春•绵阳期末）经典力学有其局限性，相对论已经成为现代科学技术的重要理论基础之一。下列关于经典力学的说法中，正确的是（）A．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场 B．经典力学适用于范围在10﹣10m以内的微观粒子运动 C．经典力学认为时间、空间与物质及其运动之间是相互联系的 D．按照经典力学，只要知道初始条件，就可以准确确定体系以往和未来的运动状态【分析】明确经典力学的基本内容，同时经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体；经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似。【解答】解：A、经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场，故A正确；B、经典力学不适用微观高速粒子的运动，即不适用于范围在10﹣10m以内的微观粒子运动，故B错误；C、在经典力学中，认为时间和空间与物质及其运动之间都是独立的，故C错误；D、在经典力学中，根据牛顿运动定律，只要知道初始状态和相互作用，就可以准确确定体系以往和未来的状态，故D正确。故选：AD。【点评】该题考查经典力学的使用范围，记住：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体以及弱相互作用间的物体，不适用于高速、微观的物体。12．（2019春•扬州月考）假设有一列火车沿平直轨道飞快地匀速前进，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前后壁，根据狭义相对论原理，下列说法正确的是（）A．车厢里的人认为闪光是同时到达两壁的 B．静止在地面上的人认为闪光是同时到达两壁的 C．静止在地面上的人认为闪光先到达后壁 D．静止在地面上的人认为闪光先到达前壁【分析】地面上的人、车厢中的人选择的惯性系不一样，但是本题的惯性系中光向前传播和向后传播的速度相同，从而发现传播到前后壁的快慢不一样。【解答】解：A、车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁，故A正确。BCD、地面上的人以地面为参考系，根据狭义相对论原理，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些，故C正确，BD错误。故选：AC。【点评】本题考查了爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，关键是明确不同参考系中光速相等，基础题目。13．（2019•罗湖区校级模拟）下列说法正确的是（）A．医院里用于检测的彩超的原理是：向病人体内发射超声波，经血液反射后被接收，测出反射波的频率变化，就可知血液的流速，这一技术应用了多普勒效应 B．单摆做简谐运动的回复力大小总与偏离平衡位置的位移大小成正比 C．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体比物体所处的实际位置低 D．水中的气泡，看起来很明亮，是因为光线从气泡中射向水中时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故 E．地面上静止的人观察一条沿杆自身长度高速运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小【分析】多普勒效应能测物体移动速度；单摆做简谐运动的回复力大小：F＝kx；根据光的折射，得出水中的鱼斜向上看岸边的物体看到的高度和实际高度的关系；水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从水射入气泡发生全发射的缘故。【解答】解：A、医院里用于检测的彩超的原理是：向病人体内发射超声波，经血液反射后被接收，测出反射波的频率变化，就可知血液的流速，这一技术应用了多普勒效应，故A正确；B、单摆做简谐运动的回复力大小：F＝kx，总与偏离平衡位置的位移大小成正比，故B正确；C、景物的光斜射到水面上，由光发生折射的条件知，会发生折射现象，当光进入水中后靠近法线，射入鱼的眼睛，而鱼由于错觉，认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，所以比实际位置高，故C错误；D、水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从水射入气泡发生全发射的缘故。故D错误；E、地面上静止的人观察一条沿自身长度高速运动的杆，根据相对论可知，杆的长度总比杆静止时的长度小，故E正确。故选：ABE。【点评】本题考查的知识点较多，解答这一类的题目，关键是要在平时学习中要多注意积累一些生活中的物理现象。14．（2018春•广安区校级月考）下列说法正确的是（）A．使用同一装置进行双缝干涉实验，红光干涉条纹比紫光干涉条纹更宽 B．均匀变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得其车厢的长度明显变短 D．在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等【分析】考虑条纹间距△x表达式，以及不同可见光的波长；电磁波形成条件；长度的相对性；以及光速不变理论。【解答】解：A、同一装置，条纹间距的大小仅和入射光的波长有关。波长越长的光，产生的条纹间距越宽。红光波长大于紫光，所以红光干涉条纹间距大于紫光，故A正确B、均匀变化的磁场和电场无法形成电磁波，只有按一定规律交替变化的电磁场才可以，故B错误C、根据狭义相对论，当物体速度接近光速时，其长度才会明显变短，“和谐号”动车组高速行驶时，其速度远小于光速，车厢长度不会明显变短，故C错误D、根据狭义相对论的光速不变理论，任何惯性系中光速维持不变，故D正确故选：AD。【点评】本题考查光的干涉，电磁波形成条件，以及狭义相对论的有关内容，要熟知课本内容，易错点是电磁波的形成必须要交替变化的电磁场，均匀变化的电场或磁场无法产生电磁波15．（2018春•南京期末）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有（）A．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 B．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 C．地球上的人观测到地球上的钟较快 D．地球上的人观测到地球上的钟较慢【分析】根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有延时效应，故参考系高速运动的物体上的时间进程变慢。【解答】解：AB、飞船上的人是以飞船为参考系，故地球是高速运动的，根据爱因斯坦相对论可知“时间膨胀”，即飞船上的人观测到地球上的钟较慢，即飞船上的人观测到飞船上的钟较快，故A错误，B正确；CD、地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦相对论可知“时间膨胀”，飞船上的钟较慢，故地球上的人观测到地球上的钟较快，故C正确，D错误；故选：BC。【点评】本题考查爱因斯坦狭义相对论，关键是记住相对论的几个效应，如：尺缩效应、运动延时效应、质速关系。16．（2018春•七里河区校级期末）下列说法中正确的是（）A．红外线易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域 B．医院用X光进行透视，是因为它的穿透能力较强 C．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 D．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快【分析】红外线波长长，容易发生衍射现象；X光有穿透能力，但没有γ射线强；根据狭义相对论的两个基本假设（相对性原理、光速不变原理）和几个基本结论（①钟慢效应；②尺缩效应；③速度越大，质量越大）分析即可。【解答】解：A、红外线的波长较长，易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域，故A正确；B、医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，故B正确；C、相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，故C正确；D、根据钟慢效应，宇宙飞船相对于地球高速运动的过程中，飞船的人观察飞船是不运动的，而地球是高速运动的，所以飞船上的时钟没有变慢了，正常走时，而地球上的钟变慢了，故D正确；故选：ABCD。【点评】考查电磁波的红外线、紫外线、X射线与γ射线的应用与区别以及相对论，记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键。此题属于基础题。三．填空题（共6小题）17．（2020秋•嘉定区校级月考）牛顿运动定律适用范围是宏观低速，爱因斯坦的相对论适用范围是微观高速。【分析】根据牛顿运动定律的适用范围：只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观粒子；而爱因斯坦的相对论适用范围为微观高速的物体。【解答】解：根据牛顿运动定律的知识可知，牛顿运动定律的适用范围是宏观、低速领域；相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论（特殊相对论）和广义相对论（一般相对论），相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理，相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱，适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。故答案为：宏观低速，微观高速。【点评】本题主要考查了牛顿运动定律和爱因斯坦的相对论的适用范围，只要记住即可，难度不大，属于基础题。18．（2020春•绵阳期末）在行进的火车车厢中测站台上的两根柱子之间的距离为L1，在站台上测这两根柱子之间的距离为L2，则L1小于L2（选填“小于”“大于”或“等于”）。【分析】根据相对论的“尺缩效应”可知，沿一个物体长度方向运动时，会发现这个物体的长度比静止时的长度要短。【解答】解：根据相对论原理中的“尺缩效应”可知，在行进的火车车厢中测站台上的两根柱子之间的距离小于静止时两根柱子之间的距离。故答案为：小于。【点评】本题难度不大，关键对相对论相关效应，如“尺缩效应”和“钟慢效应”要理解清楚，并能够据此判断时间和空间的变化情况。19．（2020•上海）质量是1.67×10﹣27kg的质子在高速粒子加速器中加速到动能Ek＝1.6×10﹣10J，某同学根据Ek＝mv2算出质子的速度为v＝4.38×108m/s，该同学得出的数值是否合理不合理，原因是动能的计算公式只适用于低速的情况，对超光速情况不适用。【分析】由相对论可知，物体的运动质量与静止质量不同，动能的计算公式适用于低速、宏观物体，在高速情况下动能的计算公式不再适用。【解答】解：运动物体的质量m＝，其中m0是物体的静止质量，动能的计算公式仅适用于低速物体，对于高速运动物体已经不再适用，由该同学的计算可知，求出的质子速度大于光速，动能的计算公式已经不再适用，因此该同学得出的数值不合理。故答案为：不合理；动能的计算公式只适用于低速的情况，对超光速情况不适用。【点评】本题考查了经典力学规律的适用条件问题，掌握基础知识是解题的前提与关键，应用基础知识即可解题；要注意基础知识的学习与应用。20．（2019•南京模拟）列车静止时，每节车厢的长度与沿轨道方向排列的相邻电线杆间距离相等。当列车以接近光速行驶时，车上的乘客观测到车厢长度小于相邻电线杆间距离（选填“大于”、“小于”或等于”），轨道旁静止的观察者观测到车厢长度小于相邻电线杆间距离（选填“大于”、“小于”或“等于”）。【分析】根据爱因斯坦相对论，长度的相对性：l＝l0，即一条沿自身长度方向运动的杆，其长度（l）总比杆静止时的长度（l0）小。【解答】解：当列车以接近光速行驶，电线杆相对于列车的速度也接近光速，根据爱因斯坦相对论效应可知，相邻电线杆间距离将要缩短，而车上的乘客观测车厢的长度不变，则车厢长度大于相邻电线杆间距离；同理，轨道旁静止的观察者观测到列车以接近光速行驶，根据爱因斯坦相对论效应可知，车厢长度要缩短，而相对于观察者静止的相邻电线杆间距离不变，则车厢长度小于相邻电线杆间距离。故答案为：大于；小于。【点评】本题考查了长度的相对性原理。这道题涉及到爱因斯坦相对论，和我们平时的一些认识不一样，学生理解起来比较抽象，我们可以通过一些具体的例子来记忆这一部分知识。21．（2019•徐州模拟）一艘太空飞船静止时长度为d，它以0.9c（c为真空中的光速）的速度沿长度方向飞行经过地球。飞船上观测者测得该飞船的长度等于d，地球上的观测者测得飞船上发来光信号的速度等于c．（均填“大于”“等于”或“小于”）【分析】长度的相对性：l＝l0，即一条沿自身长度方向运动的杆，其长度（l）总比杆静止时的长度（l0）小；相对于观测者静止的物体长度不变，相对于观测者运动的物体的长度会缩短；光速在真空中速度是不变的。【解答】解：飞船上观测者相对于飞船静止的，飞船上观测者测得该飞船的长度等于d；根据光速不变原理，球上的观测者测得飞船上发来光信号的速度等于c。故答案为：等于；等于。【点评】本题考查了长度的相对性原理。这种题型比较抽象，我们在记忆的时候一定要结合实例来理解。22．（2019•泰州二模）如图所示，宇航飞行器以接近光速的速度经过地球。宇航舱内点光源S与前壁M和后壁N距离都是L．某时刻光源S发出一个闪光，宇航舱内仪器观测到M、N同时接收到光信号，则地面观测站观测到闪光不是（选填“是”或“不是”）同时到达M、N；地面观测站观测到宇航舱前后壁间距离＜（选填“＞”“＝”或“＜”）2L。【分析】地面上的人、车厢中的人选择的惯性系不一样，但是光向前传播和向后传播的速度相同，从而发现传播到前后壁的快慢不一样。【解答】解：车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁。地面上人以地面是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，故到达前壁的时刻晚些。由相对论原理可知，地面上人看到的车厢的长度比静止时要短。即观测到的宇航舱前后壁间距离小于2L。故答案为：不是；＜。【点评】本题考查相对论中的长度的相对性问题，对于相对论内容考纲要求为识记内容，属于记忆性的知识点，应牢记。四．计算题（共2小题）23．假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星（牧夫座α），而后又飞回地球。根据A在地球上的观测，大角星离地球有36光年远，这次B往返飞行经历时间为80年。如果B离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当B回到地球时，他们的年龄各有多大。【分析】根据爱因斯坦的狭义相对论，空间距离是相对的，根据时间的相对性公式：△t＝列式求解即可。【解答】解：设B在飞船惯性系中经历的时间为t′，根据相对论效应得：△t＝即为：80＝解得：t′＝34.9年所以B回到地球时的年龄为20岁+34.9岁＝54.9岁．A的年龄为20岁+80岁＝100岁．答：B回到地球时年龄为54.9岁，A的年龄为100岁【点评】本题关键明确时间间隔的相对性，记住公式△t＝是关键。24．一只装有无线电发射和接收装置的飞船，正以v＝c的速度飞离地球，当宇航员发射一无线电信号，信号经地球反射，60s后宇航员才收到返回信号。（1）在地球反射信号的时刻，从飞船上测得的地球离飞船多远？（2）当飞船接收到反射信号时，地球上测得飞船离地球多远？【分析】（1）以飞船为参考系，则地球正在远离飞船，从飞船发出的信号到达地球的时间与返回飞船的时间是相等的，由此即可求出；（2）以地球为参考系，则飞船正在远离飞船，从飞船发出的信号到达地球的时间与返回飞船的时间是不相等的，由位移公式，结合相对论时间关系即可求出。【解答】解：（1）以飞船为参考系，飞船不动，所以从飞船发出的信号到达地球的时间与返回飞船的时间是相等的，则信号到达地球的时间：s所以此时从飞船上测得的地球到飞船的距离：x＝m（2）设从地球上观察，当飞船发出信号时，距离地球为x1，当飞船接收到反射信号时，飞船到地球的距离为x2．当飞船接收到反射信号时，地球上的过程中看到的时间为t，则：sx1+x2＝ct相对于地球的观察者：x2﹣x1＝vt联立得：＝m答：（1）在地球反射信号的时刻，从飞船上测得的地球离飞船9.0×109m；（2）当飞船接收到反射信号时，地球上测得飞船离地球2.7×1010m。【点评】该题考查匀速直线运动的位移与时间的关系，解答的关键是能正确理解相对论的光速不变原理，明确飞船上的观察者观察到的飞船是不动的，而是地球正在远离飞船。相对论时空观与牛顿力学的局限性知识点：相对论时空观与牛顿力学的局限性一、相对论时空观1.19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c.2.1887年迈克耳孙—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！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”).3.爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的.4.时间延缓效应(1)如果相对于地面以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Δτ，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Δt，那么两者之间的关系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)Δt与Δτ的关系总有Δt＞Δτ，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”或“无关”)5.长度收缩效应：(1)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l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).(2)l与l0的关系总有l＜l0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无关”或“有关”)二、牛顿力学的成就与局限性1.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬.2.牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏观”或“微观”)物体.(1)当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同.(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明.3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体运动的速度远小于光速c时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.技巧点拨一、相对论时空观1.低速与高速(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体.(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.2.相对论的两个效应(1)时间延缓效应：运动时钟会变慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)长度收缩效应：运动长度会收缩，即l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).3.对于低速运动的物体，相对论效应可以忽略不计，一般用经典力学规律来处理；对于高速运动问题，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理.二、牛顿力学的成就与局限性1.经典力学的成就(1)经典力学体系是时代的产物，是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础.(2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响.2.经典力学的局限性及适用范围(1)经典力学适用于低速运动的物体，相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律.(2)经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律.3.相对论和量子力学没有否定经典力学(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别；(2)当的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形例题精练1．（2021春•温州期中）在下列运动中，牛顿运动定律可能不适用的是（）A．电子绕原子核运动 B．篮球被投出后在空中飞行 C．超音速飞机在高空飞行 D．地球绕太阳运动【分析】根据牛顿运动定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子；（3）参照系应为惯性系，即可求解．【解答】解：A、牛顿第二定律不适用于微观原子，故A不适用；BCD、都是宏观低速运动的物体（远远的小于光速），牛顿运动定律都适用，故BCD均适用。本题选择不适用的，故选：A。【点评】本题主要考查了牛顿运动定律的适用范围，难度不大，属于基础题．2．（2021春•常熟市期中）如图所示，惯性系S中有一边长为1的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察，则该立方体的形状是（）A． B． C． D．【分析】根据爱因斯坦相对论可知，沿着运动方向的距离会变短可分析得出答案。【解答】解：根据相对论效应可知，沿x轴方向正方体边长缩短，而沿y轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方体，故D正确，ABC错误。故选：D。【点评】本题考查爱因斯坦相对论，考查知识点有针对性，重点突出，充分考查了学生掌握知识与应用知识的能力。随堂练习1．（2020秋•如皋市期末）下列说法正确的是（）A．牛顿是国际单位制中的基本单位 B．研究原子核结构时，因原子核很小，可把原子核看作质点 C．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是减轻轮缘与轨道间的侧向挤压 D．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短【分析】在国际单位制中力学有三个基本单位：m、kg、s；根据物体看作质点的条件判断；根据向心力的来源分析；根据长度的相对性原理分析。【解答】解：A、在国际单位制中力学有三个基本单位：m、kg、s，根据牛顿第二定律F＝ma可知力的单位为：1N＝1kg•m/s2，可知牛顿为国际单位制中的导出单位，故A错误；B、在研究原子核结构时，虽然原子核很小，但原子核的形状与大小不能忽略不计，否则就没有“结构”，所以不能可把原子核看作质点，故B错误；C、火车拐弯时做圆周运动，靠重力和支持力的合力提供向心力，弯道处设计成外轨高内轨低，目的是减轻轮缘与轨道间的侧向挤压，故C正确；D、“和谐号”动车组高速行驶时，其速度远远小于光速，则不会出现沿车厢长度明显变短的现象，故D错误。故选：C。【点评】该题考查单位制、向心力的应用以及长度的相对性等知识点的内容，涉及的知识点较多，做好这一类的题目要靠平时的积累。2．（2020春•海淀区校级期末）一张正方形宣传画，边长为5m，平行贴于铁路旁的广告牌上，如图所示。假设一高速列车以0.6c速度驶过，在司机看来，宣传画是（）A．长4m、高5m的长方形 B．长6.25m、高5m的长方形 C．4m×4m的正方形 D．长5m、高4m的长方形【分析】狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩．在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．根据相对论效应l＝，判断宣传画的长度变化．【解答】解：一张正方形宣传画，边长为5m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.6c的速度接近此宣传画，根据相对论效应l＝＝司机测量时宣传画的长度变成4m，即图形是长为4m，竖直方向无尺缩现象，故高度不变，高5m的，故A正确，BCD错误故选：A。【点评】此题只要理解尺缩效应，理解尺缩效应是在沿速度的方向上就可以正确得出答案，3．（2020春•宿迁月考）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枚火箭上，且vb＜vc，则地面的观察者认为走得最慢的钟为（）A．a B．b C．c D．无法确定【分析】狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩。可以通俗的理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。【解答】解：根据公式△t＝可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢，a放在地面上，在地面上的人看来，a钟没有变化。b、c两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，b、c变慢，由于υb＜υc，c钟比b钟更慢，所以a钟最快，c钟最慢，故ABD错误，C正确。故选：C。【点评】记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握时间的相对性的公式即可。4．（2020春•郑州月考）如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是（）A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖 B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖 D．如果梭镖和管子都以光速c相向运动，则二者的相对速度是2c【分析】尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。【解答】解：ABC、根据狭义相对论的尺缩效应，梭镖相对于静止的观察者高速运动，那么梭镖收缩变短，而管子相对于静止的观察者是静止的，那么管子长度不变，所以静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，故A正确，BC错误；D、如果梭镖和管子都以光速c相向运动，根据相对论的原理可知则二者的相对速度是c，故D错误。故选：A。【点评】此题考查狭义相对论的基本结论，熟记并理解它，可以解决所有关于狭义相对论的问题。综合练习一．选择题（共10小题）1．（2021春•雨花台区校级月考）如图所示，甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为真空中光速）的飞船反向运动，则下列说法正确的是（）A．甲、乙两人相对速度为1.4c B．甲观察到乙的身高变短了 C．甲观察到乙所乘坐的飞船变短 D．甲观察到乙所带的钟表显示时间变快【分析】根据相对论速度变换公式可求甲乙两人相对速度；因为身高方向与他们的运动方向垂直，所以两人看到对方的身高不变；根据相对论的尺缩效应，甲观察到乙所乘的飞船变短；根据相对论的钟慢效应，可知甲观察到乙所带的钟表显示时间变慢。【解答】解：A、甲、乙两人速度均相对于同一参考系，现以甲为参考系，则原参考系相对于甲以0.6c的速度向右运动，乙相对于原参考系以0.8c的速度向右运动，则甲、乙的相对速度v＝，故A错误。B、因为身高方向与他们的运动方向垂直，所以两人看到对方的身高不变，故B错误。C、根据相对论的尺缩效应，甲观察到乙所乘的飞船变短，故C正确。D、根据相对论的钟慢效应，可知甲观察到乙所带的钟表显示时间变慢，故D错误。故选：C。【点评】本题考查了狭义相对论的一些结论，需要同学们加强理解，加深记忆。2．（2021春•玄武区校级月考）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v1＜v2。地面上的观察者认为走得最快的时钟是（）A．A时钟 B．B时钟 C．C时钟 D．无法确定【分析】狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩．可以通俗的理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．【解答】解：根据公式△t＝可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢，C时钟相对于观察者的速度最大，所以C走的最慢．地面上的钟A的速度v＝0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的钟走得最快，故A正确，BCD错误；故选：A。【点评】记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握时间的相对性的公式是解决本题的关键。3．（2019秋•闵行区期末）牛顿运动定律适用于（）A．宏观物体的高速运动 B．宏观物体的低速运动 C．微观粒子的高速运动 D．微观粒子的低速运动【分析】根据经典力学的局限性分析，经典力学的基础是牛顿运动定律，在宏观、低速的条件下适用。【解答】解：经典力学具有局限性，经典力学的基础是牛顿运动定律，牛顿运动定律只适用于宏观物体的低速运动，微观粒子的运动不适用，高速运动也不适用，故B正确，ACD错误。故选：B。【点评】本题考查了牛顿运动定律的局限性，牢记内容即可求解，难度不大。4．（2019秋•正安县校级月考）广东省虎门大桥全长近15km，在500m高空有一架与大桥平行匀速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是（）A．大于15km B．等于15km C．小于15km D．飞机飞行越快，大桥将变得越长【分析】狭义相对论效应有：“尺缩效应”，“运动延时效应”，“运动质量变大效应”。由此分析解答即可。【解答】解：狭义相对论效应有：“尺缩效应”，在500m高空有一架与大桥平行匀速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是小于15km，故C正确，ABD错误。故选：C。【点评】本题关键是关键明确狭义相对论的基本假设和常见的相对论效应，基础问题。5．（2018秋•绵阳期末）在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是（）A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了 B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了 C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了 D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了【分析】由相对论效应分析飞船的时间和长度变化；当人和飞船之间有相对运动时，人观察到的飞船长度会变短，时间会变慢。【解答】解：AB、根据爱因斯坦相对论可知，地面上的人观察到飞船变短了，则A正确，B错误CD、运动是相对的，飞船上的人员观察到飞船的长度不变而时间进程也不变。故CD错误。故选：A。【点评】该题考查相对论的时间与长度的变化，解答本题要掌握相对论的基本原理，能分析时间和长度的变化。基础题目。6．（2021春•丰台区期中）下列运动中，牛顿力学规律适用的是（）A．研究原子中电子的运动 B．高能粒子（速度较大）进一步加速 C．粒子接近光速的运动 D．嫦娥一号探月卫星的运动【分析】根据牛顿运动定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子；（3）参照系应为惯性系。【解答】解：牛顿第二定律适用于宏观低速的物体，不适用于微观高速的物体，故只有嫦娥一号探月卫星的运动，牛顿力学规律是适用的，其他三适均不适用，故D正确，ABC错误。故选：D。【点评】本题主要考查了牛顿运动定律的适用范围，牢记牛顿力学规律适用于宏观低速物体即可。7．（2021春•玄武区校级月考）下列运动中不能用经典力学规律描述的是（）A．子弹的飞行 B．粒子接近光速的运动 C．人造卫星绕地球运动 D．和谐号从南通向上海飞驰【分析】经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学．【解答】解：子弹的飞行、和谐号的运动及人造卫星绕地球的运动，都属于宏观低速，经典力学能适用，而粒子接近光速的运动，不能适用于经典力学，故ACD错误，B正确；故选：B。【点评】当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加，不能适用于经典力学．8．（2020秋•嘉定区期末）经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（）A．2.5×10﹣1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s【分析】经典力学只适用于宏观低速运动的物体。【解答】解：经典力学只适用于宏观低速，物体速度接近光速c＝3×108m/s时不再适用，故ABC错误，D正确。故选：D。【点评】解答本题的关键是知道经典力学只适用于宏观低速运动的物体。9．（2015秋•海门市校级期中）如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v（v接近光速c）．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离（）A．大于L B．等于L C．小于L D．不能确定【分析】根据长度的相对性即可判断两飞船间的距离．【解答】解：根据相对性长度的公式：L＝，L0为在相对静止参考系中的长度，L为在相对运动参考系中的长度。地面上测得它们相距为L，是以地面为参考系，飞船的速度是v，二者相对是运动的；而A测得的长度是以飞船A为参考系，B相对于A是静止的，属于静止参考系的长度L0，所以大于L。故选：A。【点评】本题考查了相对论等知识点，难度不大，是高考的热点问题，解答该题的关键是理解公式L＝中各个物理量的意义．10．（2020春•宁波期末）经典力学有一定的局限性，下列情境中经典力学不适用的是（）A．小朋友坐滑梯下滑 B．轮船在大海上航行 C．宇宙粒子接近光速运动 D．子弹在空中高速飞行【分析】根据牛顿运动定律的适用范围进行分析，明确经典力学的局限性即可正确分析求解。【解答】解：根据牛顿运动定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）；（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观粒子；（3）参照系应为惯性系，则可知经典力学不适用的是宇宙粒子接近光速飞行；而小朋友做滑梯、轮船航行以及子弹的高速飞行均符合以上三条，经典力学可以适用，宇宙粒子接近光速运动，故C经典力学不适用，ABD适用；本题选择经典力学不适用的，故选：C。【点评】本题主要考查了经典力学的适用范围，只要记住即可，同时注意体会经典力学的局限性。二．多选题（共8小题）11．（2020•江苏一模）下列说法正确的是（）A．真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 B．质点做简谐运动时，若位移为负值，加速度一定为正值，速度一定也为正值 C．不同色光通过三棱镜，频率越大，折射率越小，偏折角度就越小 D．医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点【分析】根据光速不变原理分析A选项；根据加速度公式分析加速度，速度方向不确定；根据折射定律分析C选项；根据激光亮度高、能量大的特点分析D选项。【解答】解：A、根据光速不变原理，在狭义相对论中，无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变，故A正确；B、质点做简谐运动，位移为负值时，根据加速度公式，加速度一定为正值，速度可能为负值也可能为正值，故B错误；C、根据折射定律知，不同色光通过三棱镜，光的频率越大，折射率越大，在入射角相同的情况下偏折角度就越大，故C错误；D、激光的亮度高、能量大，医学上常用激光做“光刀”来进行手术，故D正确。故选：AD。【点评】本题主要是考查光速不变原理、简谐振动、光的折射以及激光的特点等知识，牢固掌握课本的基本内容是解答此类问题的关键。12．（2019秋•元江县校级月考）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，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．不同领域的事物各有其本质与规律 D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【分析】经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体。【解答】解：A、相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形。故A错误；B、人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释，说明人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的。故B正确；C、经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体；而相对论与量子力学的出现，适用于高速、微观的物体，可以补充经典力学的不足，说明不同领域的事物各有其本质与规律。故C正确；D、经典力学到相对论的发展，说明了人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律。故D正确。故选：BCD。【点评】掌握经典力学和相对论与量子力学各自的适用范围，明白两者是互补的关系，并没有相互替代的功能。13．（2019•淮安一模）下列说法正确的是（）A．受迫振动的频率总等于振动系统的固有频率 B．波长越长的电磁波越容易发生衍射 C．利用超声波的多普勒效应，可测量心脏血液的流速 D．宇航员在相对地面高速运动的飞船里观测到地面上的钟走的较快【分析】受迫振动的频率总等于策动力的频率；波的波长越长，发生衍射现象越明显，医生利用超声波的多普勒效应可以探测病人血管中血液的流速。宇航员在相对地面高速运动的飞船里观测到地面上的钟走的较慢。【解答】解：A、受迫振动的频率总等于驱动力的频率，则A错误B、电磁波的波长越长，发生衍射现象越明显，则B正确C、多普勒效应是波特有的现象，医生利用超声波的多普勒效应可以探测病人血管中血液的流速。则C正确D、由公式：△t′＝△t宇航员在相对地面高速运动的飞船里观测到地面上的钟走的较慢，则D错误故选：BC。【点评】该题考查的知识点比较多，要注重对知识的理解，平时多加积累。14．（2018秋•如皋市期末）下列说法正确的是（）A．可用超声波被血液反射回来的发生变化的频率测血液流速 B．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振幅与驱动力的频率无关 C．由于波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射，故天空看起来是蓝色的 D．一条运动的杆，其总长度比静止时的长度小【分析】彩超利用多普勒效应原理：当间距变小时，接收频率高于发出频率，当间距变大时，接收频率低于发出频率；当驱动力的频率与单摆的固有频率相近时振幅大。波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射，使天空呈现蔚蓝色相对论公式：l＝l0，可判断长度。【解答】解：A、彩超利用多普勒效应原理：当间距变小时，接收频率高于发出频率，当间距变大时，接收频率低于发出频率，则A正确B、单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振幅与驱动力的频率有关，当驱动力的频率与单摆的固有频率相近时振幅大，则B错误C、太阳光是由红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫七种光组成，以红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长的红光等色光透射性最大，能够直接透过大气中的微粒射向地面，而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射，使天空呈现蔚蓝色，则C正确D、由相对论公式：l＝l0，沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度小，但是若横向运动，则长度不减小，则D错误故选：AC。【点评】考查电磁波在生活中的应用，明确各种现象的原理，记住相对论公式，并要注意其条件，内容较多要注意平时多积累。15．（2018秋•山西期末）下列说法正确的是（）A．机械波和电磁波都能发生干涉、衍射现象 B．海啸发生后尚未到达海岸边，沿海渔民没有反应，但狗显得烦噪不安，这是因为次声波传播速度比超声波大 C．一质点做简谐运动，质点每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同 D．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象 E．在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是不相同的【分析】干涉、衍射是波特有的现象；狗能接受到次声波，但人无法接受次声波；简谐运动中，质点经过同一位置，速度不一定相同，而加速度一定相同。增透膜是利用光的干涉现象，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。【解答】解：A、干涉、衍射是波特有的现象，机械波和电磁波都能发生干涉、衍射现象，故A正确。B、海啸发生时，发出很强的次声波，狗能接受到次声波，但人无法接受次声波，故B错误。C、做简谐运动的质点每次通过同一位置时，位移一定，回复力与加速度一定相同；速度有两种可能的方向，速度不一定相同，故C正确。D、光学镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的薄膜干涉现象，故D正确。E、根据光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。故E错误。故选：ACD。【点评】该题考查波的几种不同的现象以及光的干涉等，都属于一些记忆性的知识点，在平时的学习中多加积累即可。16．（2019秋•如皋市月考）下列说法正确的是（）A．单缝衍射实验中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越明显 B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理 C．机械波传播过程中，某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离 D．地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变慢了【分析】缝越宽，条纹越亮，衍射现象越不明显；当光从光密介质射向光疏介质时，且不小于临界角，则一定会发生全反射现象．质点不会随着波迁移．相对论导出了不同惯性系之间时间进度的关系：钟慢效应．可以通俗的理解为，运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了．【解答】解：A、单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越不明显，故A错误；B、光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，故B正确；C、波在一个周期内向前传播的距离等于波长，并质点不会随波迁移，故C错误；D、根据狭义相对论的钟慢效应可知，在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中时钟会变慢，故D正确。故选：BD。【点评】考查光的衍射、干涉的区别，掌握光的全反射条件，注意圆孔衍射与圆盘衍射的区别，及一切物体均放射经外线，温度是影响辐射的强弱因素．17．（2018•合肥三模）（1）下列说法正确的是（）（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关 B．机械波传播方向上各质点的振动周期与波源的振动周期相同 C．能产生衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小 D．黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因为黑洞巨大的引力使环绕其运动的物体速度超过了光速 E．地面上的人观测到的一高速飞行的火箭长度要比火箭上的人观测到的要短一些【分析】明确受迫振动的性质，知道做受迫振动的物体其周期等于驱动力的频率；质点的振动周期由波源的振动周期决定；干涉和衍射是波特有的现象，当障碍物的尺寸与波长相比差不多，或比波长小，会发生明显的衍射；黑洞表面物体的环绕速度要大于光速；明确相对论基本内容，知道地面上的人观测到的一高速飞行的火箭长度要比火箭上的人观测到的要短一些。【解答】解：A、单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关，只与驱动力的频率有关，故A正确；B、机械波传播方向上各质点的振动周期与波源的振动周期相同，故B正确；C、能产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小，而波在任何条件下均可以发生衍射，故C错误；D、黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因为黑洞巨大的引力使环绕其表面运动的物体速度超过了光速，注意是表面，故D错误；E、根据相对论知识可知，地面上的人观测到的一高速飞行的火箭长度要比火箭上的人观测到的要短一些，故E正确。故选：ABE。【点评】本题考查受迫振动以及机械波的传播；要明确受迫振动的性质，知道驱动力的频率与固有频率之间的关系，同时掌握波的产生和波长的定义。18．（2017•南京三模）下列说法正确的是（）A．物体做受迫振动时的频率、振幅都与其固有频率无关 B．波在传播过程中，介质中的质点一个周期内向前传播的距离是一个波长 C．在接近光速离开地球的飞行器里的人认为，地球上人的新陈代谢变慢了 D．频率越低的声波，越容易发生衍射现象【分析】物体做受迫振动的频率与其固有频率无关，等于驱动力频率；在一个周期内振动在介质中传播的距离等于波长．波长等于在波的传播方向上任意两个相邻的振动状态完全相同的两质点间距．波长越长，越容易发生明显的衍射．【解答】解：A、物体做受迫振动的频率等于驱动力频率，与其固有频率无关；但当驱动力的频率等于其固有周期时，振幅最大。故A错误；B、根据λ＝vT，可知在波的传播方向上，波在一个周期内向前传播的距离是一个波长，但质点只在其平衡位置附近做简谐振动，并没有向前传播。故B错误；C、根据△t＝知，坐在高速离开地球的飞行器里的