7.5 相对论时空观与经典力学的局限性（举一反三）【三大题型】（原卷版）-2024-2025学年高一物理举一反三系列（人教版2019必修第二册）

7.5相对论时空观与经典力学的局限性【三大题型】【人教版2019】TOC\o"1-3"\h\u【题型1认识经典力学的成就和局限】 1【题型2理解狭义相对论的两个基本假设】 2【题型3长度、速度和质量相对性的理解】 4知识点1：对经典力学的认识1．成就：经典力学是以牛顿运动定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述低速、宏观物体机械运动的经典力学体系．经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，形成了一个以实验为基础，以数学为表达形式的力学科学体系．2．运用范围：在弱引力的情况下，牛顿引力理论适用；在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用．低速运动的宏观物体，经典力学适用；而高速微观领域，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理．3．低速与高速：通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等，速度可以与光速相接近的速度称为高速．知识点2：对质量和速度关系的认识质量是物体的固有属性，是相对不变的，这一结论成立的前提是物体做低速运动，但当物体的速度接近光速时，物体的运动质量m与静止质量m0可能存在较大差别．当物体运动的速度为v时，其运动质量m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2))).【题型1认识经典力学的成就和局限】【例1】关于经典力学理论，下述说法中正确的是（）A．经典力学是过时和错误的B．经典力学适用于宏观、低速、弱引力场C．经典力学认为时空是相对的D．经典力学可以预言各种尺度下的运动【变式1-1】下列关于物理学家及其贡献的说法正确的是（）A．开普勒在牛顿的观测记录的基础上，研究总结出了行星绕太阳运动的定律B．牛顿在前人的研究基础上，总结出万有引力定律，并测出了万有引力常量C．牛顿运动定律有其局限性，仅适用于解决宏观低速问题D．爱因斯坦提出的相对论否定了牛顿的万有引力定律【变式1-2】下列关于力学发展的描述中符合物理学史实的是（）A．相对论的提出否定了牛顿力学B．牛顿提出光速是自然界中速度的极限C．牛顿力学能适用微观领域中的力学现象D．牛顿三大运动定律是经典力学体系的基础【变式1-3】在科学发展的历程中，许多科学家做出了杰出的贡献，下列叙述符合史实的是（）A．第谷经过多年的天文观测，发现了行星绕太阳运动的轨道是椭圆B．牛顿力学适用于分析高速运动的μ子的寿命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．牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律【题型2理解狭义相对论的两个基本假设】【例2】下列关于物理相关的常识说法正确的是（）A．伽利略通过理想斜面实验得出了“力是维持物体运动状态的原因”的结论B．米、摩尔和千克都是国际单位制中的基本单位C．牛顿提出了万有引力定律，并通过扭秤实验测量出了引力常量GD．爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学理论，成功地解决了宏观物体的高速运动问题【变式2-1】爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首先提出狭义相对论。根据狭义相对论，下列说法正确的是（）A．真空中的光速在不同惯性参考系中是不相同的B．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变短C．质量的测量结果与物体相对观察者的相对运动状态无关D．狭义相对论彻底推翻了牛顿的经典物理学【变式2-2】神舟十七号载人飞船与距离地面约的天宫空间站成功对接。变轨过程可简化为如图：飞船先从圆形轨道Ⅰ的A位置变轨到椭圆轨道Ⅱ，再从B位置变轨进入空间站所在的圆形轨道Ⅲ。假设空间站轨道半径为r，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．空间站内的航天员处于“悬浮”状态是因为他所受到合外力为零B．飞船沿椭圆轨道Ⅱ由A点到B点的时间为C．空间站的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度D．根据狭义相对论原理，在轨飞行的飞船中，航天员的手表变快了【变式2-3】1905年到1915年，爱因斯坦先后发表的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由牛顿创立的有200年历史的力学理论。狭义相对论适用于基本粒子及其相互作用，描述了除引力以外的所有物理现象。广义相对论解释了引力定律及其与其他自然力的关系，适用于宇宙学和天体物理学领域，包括天文学。下列有关相对论的内容，说法正确的是（）A．狭义相对论的两条基本假设是不确定关系与光速不变原理B．飞船以的速度航行，若飞船向正前方的某一星球发射激光，则该星球上的观察者测量到的激光速度为C．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值D．已知子低速运动时的平均寿命是。当它以的速度飞行，若以地面为参考系，此时子的平均寿命变长【题型3长度、速度和质量相对性的理解】【例3】如图所示，地面上A、B两处的中点处有一点光源S，甲观察者站在光源旁，乙观察者乘坐速度为v（接近光速）的火箭沿方向飞行，两观察者身边各有一个事先在地面校准了的相同的时钟，下列对相关现象的描述中，正确的是（）A．甲测得的光速为c，乙测得的光速为B．甲认为飞船中的钟变慢了，乙认为甲身边的钟变快了C．甲测得的间的距离小于乙测得的间的距离D．当光源S发生一次闪光后，甲认为A、B两处同时接收到闪光，乙则认为B先接收到闪光【变式3-1】如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（）A．测得照到前壁的光速度小于cB．观测到飞船上的时间进程比教室慢C．测得教室的长度小于D．观察到光同时到达前、后壁【变式3-2】设想有一艘飞船以v＝0.8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的