高中物理粤教版必修二练习：第五章+第一二节经典时空观与相对论时空观

教学资料范本2019年精选高中物理必修2第五章经典力学与物理学的革命第02节经典时空观与相对论时空观粤教版练习题六编辑：__________________时间：__________________20xx年精选高中物理必修2第五章经典力学与物理学的革命第02节经典时空观与相对论时空观粤教版练习题六第1题【单选题】物理学家通过对现象的深入观察和研究，获得正确的科学认识，推动了物理学的发展。

下列说法正确的是( )A、卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子的核式结构模型B、玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律C、爱因斯坦通过对光电效应的研究，揭示了光具有波粒二象性D、德布罗意提出微观粒子动量越大，其对应的波长越长【答案】：【解析】：第2题【单选题】下列说法正确的是( )A、牛顿通过理想斜面实验，证明了力不是维持物体运动的原因B、前苏联成功发射了世界第一颗人造卫星，其环绕地球的速度大于7.9km/sC、力学单位制中的国际基本单位是质量，米、秒D、英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置比较准确的测出万有引力常量，这体现了放大和转化的思想【答案】：【解析】：第3题【单选题】16世纪末伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元。

以下与亚里士多德观点相反的是( )A、四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快；这说明，物体受的力越大，速度就越大B、一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来；这说明，静止状态才是物体不受力时的“自然状态”C、两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快D、一个物体维持匀速直线运动，不需要力【答案】：【解析】：第4题【单选题】证实自由落体运动为匀变速直线运动的物理学家是( )A、牛顿B、伽利略C、亚里士多德D、笛卡尔【答案】：【解析】：第5题【单选题】在物理学的发展中，关于科学家和他们的贡献，下列说法中正确的是( )A、亚里士多德首先将实验事实和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来B、哥白尼通过对行星观测记录的研究，发现了行星运动的三大定律C、笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献D、库仑首次采用电场线的方法形象直观地描述电场，电流的磁效应是法拉第首次发现【答案】：【解析】：第6题【单选题】在科学的发展历程中，许多科学家做出了杰出的贡献．下列叙述符合历史事实的是( )A、爱因斯坦发现了万有引力定律B、卡文迪许总结出了行星运动的三大规律C、伽利略否定了亚里士多德“重物比轻物下落快”的论断D、牛顿首先较准确地测出了万有引力常量G的数值【答案】：【解析】：第7题【单选题】奥斯特实验证明了( )A、通电导体周围存在着大量的电荷B、通电导体周围存在着磁场C、通电导体在磁场中要受到力的作用D、通电导体内部存在磁场【答案】：【解析】：第8题【单选题】关于物理学的研究方法，以下说法错误的是( )A、伽利略开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法B、卡文迪许在利用扭秤实验装置测量万有引力常量时，应用了“放大法”C、电场强度是用比值法定义的，因而电场强度与电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比D、探究合力与分力的关系，用的是“等效替代”的方法【答案】：【解析】：第9题【单选题】在电磁学史上，有关下列物理学家的说法错误的是( )A、库仑通过实验研究确定了点电荷之间的作用规律B、奥斯特发现通电导线周围存在磁场C、法拉第在实验中发现了电磁感应现象D、安培总结出电磁感应现象中感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化【答案】：【解析】：第10题【单选题】下列关于物理学史的史实中，正确的是( )A、奥斯特最早发现了电磁感应规律B、卢瑟福的α散射实验证明了原子核是由质子与中子组成的C、库仑发现了点电荷间的相互作用规律D、安培发现了磁场对运动电荷的作用规律，洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律【答案】：【解析】：第11题【单选题】下列对运动的认识不正确的是( )A、亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动B、伽利略认为力不是维持物体速度的原因C、牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动D、伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去【答案】：【解析】：第12题【单选题】下列关于物理学史实的说法正确的是( )A、汤姆逊发现了中子，被称为“中子之父”B、玻尔根据黑体辐射的规律，提出了能量子的观点C、普朗克的α粒子散射实验，奠定了原子的核式结构模型D、康普顿研究石墨对X射线散射，证实了光子有动量，进一步揭示了光子的粒子性【答案】：【解析】：第13题【多选题】在物理学的重大发现中，科学家总结出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思维法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等，以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是( )A、在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫建立物理模型法B、根据速度的定义式，当△t非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思维法C、伽利略为了探究自由落体的规律，将落体实验转化为著名的“斜面实验”，这运用了类比法D、在比较两个物体运动快慢进而定义速度时，相同时间比较位移，相同位移比较时间，这里运用了控制变量法【答案】：【解析】：第14题【多选题】下列说法不正确的是( )A、牛顿发现了万有引力，并总结得出了万有引力定律，随后通过实验测出了引力常量B、伽俐略首先将物理实验事实和逻辑推理（包括数学推理）和谐地结合起来C、开普勒发现了万有引力定律和行星运动规律D、胡克认为弹簧的弹力与弹簧的形变量总是正比【答案】：【解析】：第15题【多选题】下列说法正确的是( )A、普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一B、波尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律C、单缝衍射实验的结果表明：微观粒子的位置和动量不能够同时确定D、电磁波频率越高，相同的时间能传递的信息量越大【答案】：【解析】：。

经典时空观与相对论时空观【学习目标】1．了解伽利略相对性原理，知道时空观与参考系的联系。

2．了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因。

3．了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响。

【学习重难点】1．了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因。

2．了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响。

【学习过程】一、经典时空观（1）我们所说的匀速运动实际上是以地面为参考系，物体不受外力或者所受合外力为零时的惯性运动。

（2）一个物体的运动对两个相互做匀速直线运动的惯性系来说，速度、加速度以及所遵循的力学规律都是相同的。

了解牛顿引入绝对时空观的缘由：（1）经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的，而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的，机械运动是物体的位置移动，位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系。

（2）机械运动的描述离不开参考系，然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系)，但是经典力学的理论框架本身并不能能明确给出什么是惯性参考系，牛顿的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体处于静止、匀速运动还是加速运动状态。

对绝对时空观及其三个推论的教学建议采用举例和联想、比喻的方式，使学生结合生活经验了解和领会。

牛顿认为，宇宙本身结构是不会变的，他称这结构为绝对空间。

我们打个比方，把“空间”设想成物体做机械运动的舞台和背景，在日常生活中我们有这样的经验：在一个箱子中可以放进一定数量的东西，这是箱子的一种性质，可以叫做箱子的容积，也就是箱子的空间。

这个容积大小或空间大小是与箱子里放什么东西(以及放不放东西)没有关系的。

在卖箱子的商店里，总是要标出 26×26×10 等等尺寸，之所以能这样标出，就是以容积是箱子的不受“外在的情况”影响的本性这一点为依据的。

经典时空观与相对论时空观-课文知识点解析经典力学的发展历程一、经典力学经典力学通常指以牛顿三大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.二、发展历程从亚里士多德和阿基米德的物理学发展到经典力学体系经历了约两千年，经历了以哥白尼、开普勒和伽利略为代表的科学革命.牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上，进行了一次科学的伟大的综合，即天与地、实验归纳与理论演绎、时空观与方法论、数学与哲学、物理思维与技术应用等方面的综合，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.经典力学的伟大成就一、意义1.实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.2.界定了自然科学应有的基本特征.3.将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支上，形成了完整的经典力学体系.二、讨论与交流交叉学科，如：经典力学和天文学相结合，建立了天体力学.经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等等.经典时空观一、惯性系与非惯性系1.问题的提出在一个封闭的车厢内，若车一直保持静止或一直保持匀速直线运动状态，则车厢内的人会发现牛顿定律总是成立的；当车做加速运动时，车厢内的人会发现车内物体就不再遵守牛顿运动定律，但车外的人看车内物体时，发现物体的运动仍遵守牛顿运动定律，由此看出牛顿运动定律的成立是有条件的.2.定义：牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系（inertial system）.如研究地面上物体的运动时，地面就是惯性参考系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性参考系.牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系.二、伽利略的相对性原理1.概述：对于所有的惯性系，力学规律是相同的，或者说一切惯性系都是等效的.2.两个要点：（1）如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系；（2）力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性系都是平权的. 全析提示如果感兴趣的话，你可以查阅百科全书（物理卷）物理发展史部分.还有很多分支呢，看看有你感兴趣的吗?在“讨论与交流”中，相对车厢静止的观察者自由落体仍为自由落体，而相对于地面静止的观察者做平抛运动.这也说明牛顿运动定律的成立是有条件的.伽利略相对性原理指出了在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动.要点提炼平权是指在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性系做匀速直线运动.全析提示这种观点认为，时间和空间彼此独立、互不关联.三、经典力学的时空观1.概述：绝对的真实的数学时空观，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关，绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变.这就是经典力学的时空观，也称为绝对时空观.2.几个具体结论 （1）同时的绝对性.（2）时间间隔后的绝对性. （3）空间距离的绝对性. 相对论时空观一、狭义相对论（special relativity ）的两个假设 1.在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.——爱因斯坦相对性原理（principle of relativity ）2.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.——光速不变原理这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础.二、狭义相对论的几个结论 1.“同时”的相对性“同时性”在惯性系中，在低速时是没有疑问的，例如一列火车在做匀速直线运动，在某车厢中的中点一个人点燃一支蜡烛.他看到车厢前后两壁是同时被照亮的，地面上人也应认为前后壁都是被同时照亮的，但有了光速不变原理时，情况就不一样了，当火车速度较大时，地面上的人将认为光先到达后壁，而后达到前壁.这就是“同时的相对性.”2.运动的时钟变慢在一个匀速前进的车厢顶上有一平面镜，正下方有一光源（闪光光源），车顶到光源距离为h ，对火车上的人来说，光从光源经平面镜回到光源所经过的时间为Δt ′=ch2,对于地面上的人看到的光通过的路程为（2t v ∆）2=（2t c ∆）2－h 2,可得Δt =2)(1cv t -'∆,可知Δt ＞Δt ′.上面的式子具有普遍意义，当从地面观察以速度v 前进的火车时，车上的时间进程变慢了，不仅时间变慢了，物理、化学过程和生命的过程都变慢了，但车上的人都没有这种感觉，他们反而认为地面上的时间进程变慢了.3.运动的尺子缩短如果匀速直线运动的火车上沿着运动的方向放着一根木杆，坐在火车上的人测得木杆头尾坐标之差是木杆的长，但地面上的人则认为他不是同时测得木标头尾的坐标，因为由于车在运动、杆在运动，他们的同时有相对性.同样，地面上认为是同时测量的，火车上的人认为是不同时的，经过严格的推导可得：l =l ′2)(1cv -这些结论实质上是经典力学研究问题的三个假设.要点提炼之所以称为假设，是因为只根据麦克尔逊等几个实验提出，还未有数学的逻辑推理和推导，在大量的结论和事实相符后，就成为狭义相对论原理.时间进程对于同一个参考系（惯性系）是没有变化的，而是从另一个参考系来看这个参考系才会有变化.时间进程要能感觉出来必须是两个参考系的相对速度很大，大到能和光速相比，这时候在光的传播的很短时间内，相对位移就很大了.时间进程变慢在低速世界只能从推算中得知，然后进行推理才能感知.要点提炼由于两个参考系相对速度很大，从一个参考系看另一个参考系里的长度，而且是顺着速度方向的长度会变短，这也是严格推算出来的.这可以l ′为车上人测得的长度，l 为地面上人测得的长度，由于1－（cv ）2＜1所以l ＞l ′.其意义是：相对于地面以速度v 运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大、变短得越多，但是高度却没有什么变化，对于车上的人来说，车上一切和往常一样，只是地面上的物体和距离都变窄了、变短了.4.物体的质量随速度的增加而增大经过严格的证明，物体有静止质量m 0和运动的质量m ，它们之间有如下关系：m =2)(1c v m从上式可以看出，当物体（一般是粒子）的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量.讨论与交流因为在生活中我们处在一个低速环境中，长度收缩和时间膨胀效应很小，我们感觉不出来.从列车高速对开时笛声频率发生变化受到启发，也可以从速度较快的汽车上看到外面的树木感到似乎有某种变化等，可以理解长度变短.这里要强调说明在垂直于速度方向的长度基本不变，这一点在学习时要注意.。

第一节 狭义相对论的基本原理第二节 时空相对性的科学探究思想和逻辑推理方法．一、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的． 二、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是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．三、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性 “同时”是相对的．在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”的．2．长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小．即l ′＝l 01－(v c)2式中l 是沿杆运动方向的长度，l 0是杆静止时的长度．3．时间间隔的相对性 从地面上观察，高速运动的飞船上时间进程变慢，飞船上的人则感觉地面上的时间进程变慢．Δt ′＝Δt1－(v c)2式中Δt ′是运动的参考系中测得的两事件的时间间隔，Δt 是静止的参考系中测得的两事件的时间间隔．四、相对论的时空观 1．经典物理学的时空观经典物理学认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间之间也是没有联系的．2．相对论的时空观相对论认为有物质才有时间和空间，时间和空间与物质的运动状态有关，因而时间与空间并不是相互独立的．预习交流学生讨论：什么是惯性系？什么是非惯性系？答案：牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系，例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋、树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系．相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．一、对狭义相对论的两个基本假设的理解1．如何理解经典相对性原理？答案：（1）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．（2）这里的力学规律是指“经典力学规律”．（3）本原理可以有不同表示，比如：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．2．对光速不变原理如何理解？答案：我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这是经典力学中速度的概念，但是1887年迈克耳孙—莫雷实验中证明的结论是：不论取怎样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度．3．学生讨论：试述当经典力学时空观遇到光速不变的实验事实这一困难时，爱因斯坦是如何解决的，它的意义如何．答案：爱因斯坦提出了两条基本假设即爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．“光速不变原理”：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．两条基本假设的提出解决了光速不变的困难．同时为狭义相对论的建立奠定了基础，使得人们的时空观发生了重大的变革，使得看似毫无联系的时间与空间紧密地联系在了一起．分析下列几种说法：（1）所有惯性系统对物理基本规律都是等价的．（2）在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．关于上述说法（）．A．只有（1）（2）是正确的B．只有（1）（3）是正确的C．只有（2）（3）是正确的D．三种说法都是正确的答案：D解析：狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即（1）（2）都是正确的．“光速不变原理”认为：在不同的惯性参考系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的．（3）正确．对两个基本原理的正确理解：1．自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律．2．强调真空中的光速不变，指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向．3．几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理．二、对“同时”相对性的理解1．怎样理解同时的相对性？答案：同时是指两个事件发生的时刻是相同的，“相同”是观察者得出的结论，不同的观察者观察到的结果是不“相同”的．2．怎样理解时间间隔的相对性？答案：运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟变慢．3．怎样理解经典时空观与相对论时空观的区别？答案：经典力学时空观：绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关；绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变．经典力学时空观的几个具体结论：（1）同时的绝对性：在一个参考系中的观察者在某一时刻观测到两个事件．对另一参考系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者做匀速直线运动的状态无关．（2）时间间隔的绝对性：任何事件所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的运动无关．（3）空间距离的绝对性：如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与参考系的选择无关．相对论时空观：空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度有关．4．如图所示：车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0相对于车厢分别向前后匀速运动．（1）在车厢内的观察者看来，两球是否同时到达两壁？（2）在地面上的观察者看来，两球是否同时到达两壁？答案：（1）在车厢内的观察者看来，两球同时到达两壁．（2）在地面上的观察者看来，两球不同时到达两壁．解析：（1）在车上的观察者看来，A球经时间t A＝L 2v0＝L2v0到达后壁，B球经时间t B＝L2v0＝L2v0到达前壁，因此两球同时到达前后壁．（2）在地面上的观察者看来，A球经时间t A′＝L 2v0＋v ＝L2(v0＋v)到达后壁，B球经时间t B′＝L2v0－v＝L2(v0－v)到达前壁，因此两球不同时到达前后壁．如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距离的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？（2）在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？答案：（1）同时收到（2）B先接收到解析：（1）因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播的速度相等，则光到达A、B 两点，所需要的时间相等，即在地面参考系中观测，两接收器同时收到光信号．（2）对于火车参考系来说，光源和A、B两接收器都沿BA方向运动，当光源发出的光向A、B传播时，A和B都沿BA方向运动了一段距离到达A′，B′，如图所示，所以光到达A′的距离长，到达B′的距离短，即在火车参考系中观测，B比A先收到光信号．1．经典物理学认为，同时发生的两件事在任何参考系中观察，结果都是同时的．2．相对论观点认为，“同时”是相对的，在一个参考系中看来是“同时”的，在另一个参考系中却可能是“不同时”的．三、长度的相对性如图所示，地面上的人看到杆的M 、N 两端发出的光同时到达他的眼睛，他读出N 、M 的坐标之差为l ，即地面上的观察者测得杆的长度为l 0，若在向右匀速运动的车上的观察者测得的杆长为l ，则l 和l 0是否相等？为什么？答案：不相等，l 0＞l ，因为车上的观察者看到N 端先发光，而M 端后发光，车上的观察者测得的长度l 比地上的观察者测得的长度l 0小，这是因为同时的相对性导致了长度的相对性．严格的数学推导告诉我们l 0和l 之间的关系为l ＝l 01－(vc)2，可见总有l ＜l 0．在一飞船上测得飞船的长度为100 m ，高度为10 m ．当飞船以0.60c 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？答案：10 m 80 m解析：因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m ．设飞船原长为l 0，观测到飞船的长度为l ，则根据尺缩效应有l ＝l 01－(v c )2＝100×1－(0.6c c)2m ＝80 m所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m 、80 m ．1．在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．2．这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．3．由l ＝l 01－(v c)2知v 越小长度的变化越小．四、时间间隔的相对性一列高速火车上发生两个事件：假定车厢上安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水．墨水在t 1、t 2两个时刻在地上形成P 、Q 两个墨点，设车上的观察者测得两事件间隔为Δt ，地面上的观察者测得两事件间隔为Δt ′，车厢匀速前进的速度为v ，试比较Δt ′和Δt 的大小．答案：Δt ＞Δt ′解析：车上观察者认为两个事件的时间间隔：Δt ＝t 2－t 1地面观察者认为两个事件的时间间隔：Δt ′＝t 2′－t 1′ 根据公式l ＝l 01－(v c)2，通过一定的数学推导可以得出：Δt ′＝Δt1－(v c)2，即Δt ＞Δt ′一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v ＝32c ）答案：60岁解析：飞船中的甲经时间Δt ′＝30年，地面上的乙经过的时间为Δt ＝Δt ′1－(v c)2＝301－(32c c)2年＝60年，可见乙这时60岁了． 1．由“同时”的相对性引起了长度的相对性．从而引起了时间的相对性．2．由Δt ′＝Δt1－(v c)2知，v 越大，Δt ′越短．1．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是（ ）．A ．飞机为非惯性参考系B ．飞机为惯性参考系C ．灾民为非惯性参考系D ．灾民为惯性参考系 答案：BD解析：物品投放后，仅受重力作用，飞行员是初速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯性参考系，B 对；而地面上的人员看物品做初速度不为零的抛体运动，也符合牛顿运动定律，D 也对．2．如图所示，强强乘速度为0.9c （c 为真空中的光速）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（ ）．A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．1.0c答案：D解析：根据爱因斯坦的狭义相对论，在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都等于c ．故选项D 正确．3．麦克耳孙—莫雷实验说明了以下哪些结论（ ）． A ．以太不存在B ．光速的合成满足经典力学法则C ．光速不变D ．光速是相对的，与参考系的选取有关答案：AC解析：麦克耳孙—莫雷实验证明了光速不变的原理，同时也说明以太是不存在的． 4．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）．A ．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高 答案：D解析：取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D ．5．以8 km/s 的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1 min ，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？答案：（1＋3.6×10－10）min解析：卫星上观测到的时间为Δt ′＝1 min ，卫星运动的速度v ＝8×103m/s ，所以地面上观测到的时间为Δt ＝Δt ′1－v 2c 2＝11－(8×1033×108)2min＝（1＋3.6×10－10）min ．。

教学设计第二节经典时空观与相对论时空观整体设计经典力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比)运动时总结出来的，对于微观粒子和高速运动的宏观物体经典力学不适用。

当光的电磁本质被揭示出来以后，对光在空间的传播问题的研究和思考，引发了物理学的一场革命,导致了相对论的建立，改变了我们对时间和空间的认识.那么相对论给出的时空观是怎样的呢？教学难点经典时空观与相对论时空观的主要区别.教学重点1。

知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论。

知道同时的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性.2。

了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。

体会相对论的建立对人类认识世界的影响.教学方法质疑探究、讨论课时安排1课时三维目标知识与技能1。

了解伽利略相对论原理，知道时空观与参考系的联系。

2。

了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因.3.了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响。

4。

知道经典时空观与相对论时空观的主要区别.过程与方法1.通过对参考系和运动的“讨论与交流"，认识惯性系的概念与伽利略相对性原理。

2.了解绝对时空观与实验事实的矛盾.3.通过了解爱因斯坦创立狭义相对论的过程，学习创立科学理论的基本方法--“提出假设”.4。

通过“讨论与交流”理解同时的相对性.5。

对比经典时空观的推论与相对论时空观的推论,认识经典时空观与相对论时空观的区别.情感态度与价值观1.通过“讨论与交流"活动,培养学生的独立思考能力、逻辑分析能力、口头表达能力和合作学习的精神。

2.通过了解时空观的变革，从中认识物理学的发展和变革，体会相对论对人类认识世界的影响,感受物理学的发展对推动社会的作用.3.感受科学家客观求实、理性追求、批判创新的精神和富有创造性的想象力，启发学生勇于质疑、富于想象，培养思维的多向性和发散性。

4。

通过了解时空观的变革，使学生认识到自然界是可以被人认识的，科学是认识自然最有效的途径,科学对自然界有解释和预见的功能，科学知识具有想对的稳定性并不断发展和进步，从过程的意义来看，科学的本质就是探究,是不断地追求真理和不断地修正错误，不断地创新。

精选2019-2020年高中必修2物理第五章经典力学与物理学的革命第02节经典时空观与相对论时空观粤教版课后练习第七十一篇
第1题【单选题】
在物理学的发展史中，有一位科学家开创了以实验以逻辑推理相结合的科学研究方法，研究了落体运动的规律，这位科学家是( )
A、伽利略
B、安培
C、库伦
D、焦耳
【答案】：
【解析】：
第2题【单选题】
下列说法中正确的是( )
A、玻尔通过对氢原子光谱的研究建立了原子的核式结构模型
B、核力存在于原子核内任意两个核子之间
C、天然放射现象的发现使人类认识到原子具有复杂的结构
D、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
【答案】：
【解析】：
第3题【单选题】
最早对自由落体运动进行科学的研究，否定了亚里士多德错误论断的科学家是( )
A、伽利略
B、牛顿
C、开普勒
D、胡克
【答案】：
【解析】：
第4题【单选题】
17世纪，意大利物理学家伽利略根据实验指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故。

这里的实验是指“伽利略斜面实验”，关于该实验，你认为下列陈述中不正确的是( )
A、该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是不可信的
B、该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反
映自然规律
C、该实验否定了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的错误概念
D、该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
【答案】：
【解析】：。

第五章牛顿力学的局限性与相对论初步第一节牛顿力学的成就与局限性第二节相对论时空观第三节宇宙起源和演化[必备知识·自主预习储备]知识点一1．(1)牛顿运动定律(2)牛顿运动定律(3)相同的形式2．统一起来统一检验3．(1)速度大小微观不连续强引力(2)低速宏观体验1：(1)√(2)√知识点二1．(1)相同的(2)相同2．(1)不同时(2)延缓时间间隔(3)空间距离3．(1)光线弯曲光线弯曲(2)弯曲4．(2)膨胀体验2：(1)√(2)×(3)×[关键能力·情境探究达成]情境探究1．提示：不适用。

牛顿力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。

2．提示：不是，航天员测得的地月之间的距离小于l0。

典例1B[相对论没有否定牛顿力学，牛顿力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确；牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误。

]跟进训练1．D[牛顿力学没有过时，在低速宏观问题中仍然适用，故A错误；超音速飞机的速度远低于光速，其运动能用牛顿力学来解释，故B错误；人造卫星的运动速度远低于光速，适合用牛顿力学来描述，故C错误；当物体的速度接近光速时，其运动规律不适合用牛顿力学来描述，故D正确。

]典例2解析：(1)相对于光速而言，低速运动即可近似认为速度为0，即若选择与μ子一起运动的某一物体为参考系，此时μ子的平均寿命是3.0 μs。

(2)对于地面上的观测者来说，Δt＝≈≈21.3 μs。

答案：(1)3.0 μs(2)21.3 μs典例3解析：根据狭义相对论得，火箭上的人测得火箭的长度为20 m，v＝3km/s≪c，地面上的观察者测得火箭的长度：L＝L0≈L0＝20 m；所以地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同，均为20 m；火箭以v′＝0.5c的速度飞行，根据长度的相对性有：L＝L0＝20×＝10m ＝17.32 m，即地面上的观察者测得火箭的长度为：L＝17.32 m，火箭上的人测得火箭的长度为20 m。

2019年精选粤教版物理必修2第五章经典力学与物理学的革命第02节经典时空观与相对论时空观巩固辅导第八十九篇
第1题【单选题】
下列说法中符合物理史实的是( )
A、开普勒发现了万有引力定律
B、伽利略发现了行星的运动规律
C、牛顿首次在实验室里较准确地测出了万有引力常量
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
【答案】：
【解析】：
第2题【单选题】
在物理学发展历史中，许多物理学家做出了卓越贡献．以下关于物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的是( )
A、牛顿发现了万有引力定律，并测出了引力常量
B、亚里士多德发现了力是改变物体运动状态的原因
C、伽利略利用斜面实验和逻辑推理证明了自由落体运动的加速度都相同
D、第谷发现了行星运动三定律
【答案】：
【解析】：
第3题【单选题】
在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献。

下列说法不正确的是( )
A、奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象
B、麦克斯韦预言了电磁波；赫兹用实验证实了电磁波的存在
C、库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值
D、安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律【答案】：
【解析】：
第4题【单选题】
下列科学家中，发现电磁感应现象的是( )
A、库仑
B、奥斯特
C、安培
D、法拉第
【答案】：
【解析】：。

第五章经典力学与物理学的革命第一节经典力学的成就与局限性1．16世纪__________创立了日心说，17世纪，伽利略发展了观察实验、科学思维与________相结合的方法，发现了____________、____________和力学相对性原理．牛顿采用归纳与________、综合与分析的方法总结出牛顿运动定律和____________定律．2．经典力学的应用受到物体运动________的限制，经典力学只适用于________物体．3．牛顿运动定律不适用于微观领域中____________和____________的现象．4．高速世界的两个基本原理(1)相对性原理：在不同惯性系中，________________都是相同的．(2)光速不变原理：不管在哪个________中，测得的真空中的________都相同．5．狭义相对论不同于经典力学的结论：(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是__________的．(2)时间延缓效应：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它________了，运动速度越快，效果越明显．即运动着的________要变慢．这个效应叫做时间延缓效应，时间延缓效应也称作时间膨胀．(3)长度收缩效应一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要______，速度越快，缩得越短，即运动着的尺子要________．这种观测效应称为长度收缩效应(或运动尺子缩短)．(4)质速关系在经典力学中，物体的质量与物体的________无关．但在相对论中，运动物体的质量随其________的变化而变化．由质速关系可以看出，当物体(一般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量．对于低速运动的物体，质量的变化完全可以忽略不计．【概念规律练】知识点一经典力学1．下列说法正确的是()A．牛顿定律就是经典力学B．经典力学的基础是牛顿运动定律C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D．经典力学可以解决自然界中所有的问题2．(双选)以下说法正确的是()A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论的成立具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变D．相对论与量子力学否定了经典力学理论知识点二“同时”的相对性3.图1地面上A、B两个事件同时发生．如图1所示，对于坐在火箭上沿两个事件发生地点AB连线飞行的人来说，哪个事件先发生？【方法技巧练】一、经典力学与相对论的区别与联系4．(双选)关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是()A．狭义相对论和经典力学是相互对立，互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的5．下列说法正确的是()A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大D．上述说法都是错误的二、运动时钟变慢问题分析6．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？1．17世纪末，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，建立了完整的经典力学体系，使物理学从此成为一门成熟的自然科学的科学家是()A．牛顿B．开普勒C．笛卡儿D．伽利略2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的说法是()A．爱因斯坦创立了“日心说”B．哥白尼提出了“地心说”C．伽利略发现了行星运动定律D．牛顿总结出了万有引力定律3．经典力学适用于解决()A．宏观高速问题B．微观低速问题C．宏观低速问题D．微观高速问题4．(双选)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．牛顿发现了万有引力定律B．牛顿通过实验证实了万有引力定律C．相对论的创立表明经典力学已不再适用D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推到高速领域5．关于经典力学和相对论，下列说法正确的是()A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系D．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例6．(双选)下列哪些是“相对论”的内容()A．同时的绝对性B．“尺缩效应”C．时钟变慢D．质量不变因为它是物体的固有属性，与运动状态无关7．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是()A．运动中物体的质量无法称量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D．物体的质量不随速度的变化而变化8．从爱因斯坦的狭义相对论来看，以下说法正确的是()A．宇宙中存在着全宇宙普适的同时性概念，且时间是能绝对定义的B．宇宙中不存在全宇宙普适的同时性概念，但时间是能绝对定义的C．宇宙中存在全宇宙普适的同时性概念，但时间是不能绝对定义的D．宇宙中不存在全宇宙普适的同时性概念，且时间是不能绝对定义的9．(双选)下列说法中正确的是()A．爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律B．爱因斯坦的狭义相对论研究了物体在高速运动时所遵循的规律C．牛顿物理学的运动定律研究的是物体在低速运动时所遵循的规律D．牛顿物理学的运动定律研究的是物体在高速运动时所遵循的规律10．两相同的米尺，分别静止于两个相对运动的惯性参考系S和S′中，若米尺都沿运动方向放置，则()A．S系的人认为S′系的米尺要短些B．S′系的人认为S系的米尺要长些C．两系的人认为两系的尺一样长D．S系的人认为S′系的米尺要长些题1 2 3 4 5 6 7 8 9 10号答案第五章经典力学与物理学的革命第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观课前预习练1．哥白尼数学惯性定律落体定律演绎万有引力2．速率低速3．物质结构能量不连续4．(1)一切物理规律(2)惯性系光速5．(1)不同时(2)变慢时钟(3)缩短缩短(4)速度速度课堂探究练1．B[经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础；经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题．因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解答此类问题．]方法总结经典力学不能用来解决微观世界和高速运动中的一些问题．2．BC[经典力学理论只适用于宏观、低速的物体，A错，B对．在经典力学中，物体的速度v≪c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学理论，认为它是在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．]3．B事件先发生解析以地面为参考系，A、B两个事件同时发生，即如在A、B连线中点C放一时钟，将同时接收到来自A、B的信号．设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自B的信号，后接收到来自A的信号，即以火箭(或火箭上的人)为参考系，B事件先发生．4．BC[相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，A错．经典力学适用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题经典力学不再适用，但相对论、量子力学适用，故B、C对，D错．]5．C6．C钟走得最慢，A钟走得最快．解析如右图所示，地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢．地面钟v＝0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的A钟走得最快．课后巩固练1．A2．D[“日心说”由哥白尼提出，爱因斯坦创立了相对论理论，A、B错．行星运动定律是开普勒发现的，C错．万有引力定律是牛顿总结提出的，D对．]3．C4．AD[万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的，A对、B 错．相对论并没有否定经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍适用，C错．狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D对．]5．D6．BC7．B8．D9．BC[牛顿经典力学适用于宏观物体的低速运动；爱因斯坦的狭义相对论适用于微观粒子的高速运动，在低速时得出的结论与经典力学基本一致．10．A。

第2节经典时空观与相对论时空观一、“同时”的相对性1.在物理学中，什么叫“事件”？在数学上，一个事件可以如何表示？2.实例分析：车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动，（相对于车厢），问（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？分析：在车上的观察者看来，A球经时间t A= ； B球经时间t B= ；因此两球同时到达前后壁。

在经典物理学家看来，同时发生的两件事在任何参照系中观察，结果都是同时的，两球也应同时到达前后壁.这是我们在日常生活中得到的结论。

如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？结论：车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢的先后是不一样的．车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁；站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁；思考与讨论：见教材P99，运动的火车L里，观察者认为，沿着运动方向位置靠前一些的事件A先发生，还是靠后一些的事件B先发生？规律小结：1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的；（关键：在各个参考系中光速都为c）2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的；3、观察者站在发生事件的两地之间，迎面而来的事件发生；背离而驰的事件发生。

针对训练1、地面上的人认为A、B两个事件同时发生。

对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说（图15.2-5），哪个事件先发生？二、长度的相对性下面我们来讨论在不同参考系中测量一个杆的长度结果会如何。

如下图所示：1、甲图中是一个刻度尺测出的静止的杆的长度，大家看是多少？怎么求出的呢？2、乙图中尺仍然静止，杆水平向右匀速运动，我们应该怎么算杆长？注意：其实这里你是用某时刻N、M坐标差值或另一时刻N′、M′坐标差值得到的。

如果有人用N′、M的坐标差值算出杆长是9.7 m-8 m=1.7 m 显然是没有意义的，它不能代表杆的长度。

第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观知识目标核心素养1.知道经典力学的局限性和适用范围．2．了解经典时空观及其基本推论．3．了解狭义相对论的理论基础及相对论时空观的几个推论.1.了解经典力学的发展历程和伟大成就．2．了解经典力学在科学研究和生产技术上的广泛应用．3．了解相对论时空观，体会科学理论是不断发展和完善的.一、经典力学的局限性和适用范围1．经典力学的适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用．2．经典力学的局限性(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化．(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象．二、经典时空观与相对论时空观1．经典时空观(1)惯性系与非惯性系：①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系．②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系．(2)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的．(3)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．(4)经典时空观的几个具体结论：①同时的绝对性；②时间间隔的绝对性；③空间距离的绝对性；④物体质量恒定不变．即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．2．相对论时空观(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾．(2)狭义相对论的两条基本假设：①相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的．②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．(3)相对论时空观①“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短．④物体质量随速度的增加而增大．1．判断下列说法的正误．(1)牛顿运动定律适用于任何参考系．(×)(2)经典时空观认为时间间隔是绝对的．(√)(3)经典时空观认为物体的质量是绝对的．(√)(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的．(×)2．(多选)下列服从经典力学规律的是( )A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C．物体运动的速率接近于真空中的光速D．能量的不连续现象答案AB解析经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.一、经典力学与相对论的比较如图1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．请思考：图1(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？ (2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？答案 (1)质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究． (2)中子星的引力规律属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究．1．区别：比较项 经典力学相对论形成时期 物理学形成的初期阶段，受历史发展限制，理论较肤浅、片面形成于物理学充分发展的现代，理论较完善、科学适用范围 低速运动、宏观世界，弱引力作用 任何情况都适用速度对质量的影响 物体的质量不随其速度的变化而变化 物体的质量随其速度的增加而变大 速度的合成时间与空间互不相干，关系式v 船岸＝v船水＋v 水岸成立速度与位移、时间的测量有关，v 船岸＝v 船水＋v 水岸不成立2.联系：(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)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形． 例1 下列说法正确的是( )A ．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B ．狭义相对论和经典力学是完全不同相互矛盾的两个理论C ．物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律D ．以上说法都是错误的 答案 C解析 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A 错误；狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B 错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速的速度运动时所遵循的规律，选项C 正确．针对训练1 (多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形( ) A ．研究原子中电子的运动B．研究“神舟五号”飞船的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线答案BCD解析牛顿运动定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的．这里的“低速”是相对于光速而言的．原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误，B、C、D中各项运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确．二、相对论几个效应的理解地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s；如图2所示，图2设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度．请思考：(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案(1)狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，所以地球的公转速度属于低速，加速后的电子速度属于高速．(2)物体的质量随速度的增大而增大，所以加速后电子的质量比电子的静止质量大了．1．两个基本原理：(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式，表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变．(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，表明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：经典时空观相对论时空观运动情况同一运动对不同参考系描述结果不同，即速度不同光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变时间与空间的关系时间均匀流逝，空间不变化，与运动情况及外部条件无关时间、空间都随运动情况而改变几个结论①同时的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性④物体的质量恒定不变①同时的相对性②运动的时钟变慢③运动的尺子缩短④物体的质量随速度的增加而增大2.相对论时空观的内容：认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关．(1)时间延缓效应：在相对于地面以速度v匀速运动的参考系内，测得该参考系中某一事件所经历的时间为Δt′，则在地面上测得该事件所经历的时间为：Δt＝Δt′1－(vc)2.由于v<c，所以Δt>Δt′.即用同样标准的钟，在静止参考系中测得的时间比在运动参考系中测得的时间长，好比是运动的钟走“慢”了．当速度v≪c时，Δt＝Δt′，这就回到了经典物理学的结论——时间与物体的运动状态无关．当v＝0.999 8c 时，Δt＝50Δt′，时间将延缓50倍．(2)长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l(称为静止长度)，如图3所示．当该尺子相对另一参考系x′O′y′(如地面)沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系x′O′y′(如地面)中测得尺子长度为l′＝l1－(vc)2.图3由于v<c，所以l′<l，说明在相对尺子运动的参考系中测得的“运动长度”比在相对尺子静止的参考系中测得的“静止长度”短，即所谓的“长度收缩效应”．当速度v≪c时，l′＝l，这就回到了经典物理学的结论——空间的尺度与物体的运动状态无关．当v＝0.999 8c 时，l′＝150l，长度将缩短150.例2半人马星座α星是太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016m．设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？答案9年0.4年解析以地球上的时钟计算：Δt＝sv＝2×4.3×10160.999×3×108s≈2.87×108s≈9年若以飞船上的时钟计算，因为Δt＝Δt′1－(vc)2所以得Δt′＝Δt1－(vc)2＝2.87×108×1－0.9992s≈1.28×107s≈0.4年．针对训练2 如图4所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度v B和v C朝同一方向飞行，v B<v C.对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是( )图4A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快答案 C解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢．1．(经典力学的成就和局限性)(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，以下说法正确的是( )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．人们应当不断拓展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案BCD解析人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断拓展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．2．(经典时空观)(多选)下列说法中哪些属于经典时空观的观点( )A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B．时间和空间不依赖人们的意识而存在C．时间和空间是绝对的D．时间和空间是紧密联系、不可分割的答案ABC解析经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；选项D属于相对论时空观．3．(相对论效应的理解)如图5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )图5A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断答案 C解析列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到C先被照亮，故只有C正确．4．(狭义相对论的应用)如图6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( )图6A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c答案 D解析由狭义相对论的光速不变原理知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D正确，A、B、C错误.一、选择题考点一经典力学的局限性经典时空观1．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答案 D解析经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用，故选项A、B、C适用，D不适用．2．(多选)下列说法正确的是( )A．牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系B．在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性C．按照经典时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关D．伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动答案BCD3．(多选)根据伽利略相对性原理，下列结论正确的是( )A．任何力学规律在惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在做匀速直线运动D．在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在做匀速直线运动答案AC4．(多选)关于经典力学的成就，下列说法中正确的是( )A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃B．18世纪60年代，力学与热学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例D．经典力学是解决高速运动的物理理论答案ABC5．(多选)以下说法正确的是( )A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论的成立具有一定的局限性C．在经典力学中，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经典力学理论答案BC解析经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错，B对．在经典力学中，物体的速度v≪c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．6．(多选)关于静止时质量为m0的物体，当以速度v运动时物体的质量为m，以下说法正确的是( )A．在任何情况下，物体的质量都不会改变，即与v无关B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体的运动接近光速时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D．通常由于物体的运动速度太小，故物体质量的变化不会引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化答案CD解析只有速度v接近光速，物体增加的质量才比较明显，一般情况下物体质量的变化十分微小，故经典力学仍然在低速即远小于光速时适用，故A、B错，C、D正确．考点二相对论时空观7．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比答案 A解析狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误．8．一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驶而过，我们会感到车厢、车窗变窄了，而车厢、车窗的高度并没有变化，那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会( )A．变窄B．变宽C．不变D．都有可能答案 A解析火车相对地面以接近光速的速度向前飞驶，如果以火车为参考系，地面向后飞驶，根据尺缩效应知电线杆间距变窄．9．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( )A．运动中物体的质量无法称量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D．物体的质量不随速度的变化而变化答案 B10．广东省虎门大桥全长近15 km，在500 m高空有一架与大桥平行以接近光速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是( )A．大于15 km B．等于15 kmC．小于15 km D．无法确定答案 C解析由于飞机相对大桥是运动的，因此在飞机上观察者看来，大桥要缩短，故C正确．二、非选择题11．(同时的相对性)一列火车以速度v相对地面运动，如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，那么按照火车上的人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？答案见解析解析火车上的人测得闪光先到达前壁．如图所示，由于地面上的人测得闪光同时到达前后两壁，而在光向前后两壁传播的过程中，火车要相对于地面向前运动一段距离，所以光源发光的位置一定离前壁较近，这个事实对车上、车下的人都是一样的，在车上的人看来，既然发光点离前壁较近，各个方向的光速又是一样的，当然闪光先到达前壁．。