高中物理必修二75相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性（解析版）

1、21世紀(jì)教育網(wǎng) 精品試卷第 PAGE 2 頁(yè) （共 NUMPAGES 2 頁(yè)）7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1知道以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。2知道相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系。3通過(guò)對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無(wú)窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神【知識(shí)要點(diǎn)】一、相對(duì)論時(shí)空觀1、19世紀(jì),英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在,并證明了電磁波的速度等于光速C。2、1887年的邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明:在不同參考系中,光的傳播速度都是一樣的。3、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)愛(ài)因斯

2、坦相對(duì)性原理:在不同的參考系中,一切物理規(guī)律都是相同)光速不變?cè)?真空中的光速在不同的參考系中都是相同的。4、相對(duì)論時(shí)空觀時(shí)間的相對(duì)性鐘慢效應(yīng)時(shí)間的相對(duì)性符合以下規(guī)律:式中t，是運(yùn)動(dòng)體中的觀察者觀察到的時(shí)間間隔,t 是地面上的觀察者觀察到的時(shí)間間隔。由于,所以 t，t,即運(yùn)動(dòng)體中的觀察者觀察到的時(shí)間間隔變短了,從地面上觀察運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間變慢了。這就是所謂的鐘慢效應(yīng)。空間的相對(duì)性尺縮效應(yīng)空間的相對(duì)性符合以下規(guī)律:中L，是運(yùn)動(dòng)體中的觀察者測(cè)得的長(zhǎng)度,L 是地面上的觀察者測(cè)得的長(zhǎng)度。由于，所以LL，,即地面上的觀察者觀察到運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度變短了。這就是所謂的尺縮效應(yīng)二、牛頓力學(xué)的成就和局限性1、成就

3、:牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律,牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域,包括天體力學(xué)的研究中接受了實(shí)踐的檢驗(yàn),取得了巨大的成就。2、局限性:牛頓力學(xué)能夠精確的描述宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,但對(duì)微觀粒子的波粒二象性無(wú)能力,量子力學(xué)能夠正確地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性。3、經(jīng)典力學(xué)適用范圍只能用于宏觀、低速（與光速相比)的情形,且只在慣性參考系中成立?！绢}型分類】題型一、相對(duì)論時(shí)空觀例1 1905年愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論，狹義相對(duì)論的出發(fā)點(diǎn)是以兩條基本假設(shè)為前提的，這兩條基本假設(shè)是（ ）A同時(shí)的絕對(duì)性與同時(shí)的相對(duì)性B運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢與運(yùn)動(dòng)的尺子縮短C時(shí)間間隔的絕對(duì)性與空間距離的絕對(duì)性D相

4、對(duì)性原理與光速不變?cè)怼敬鸢浮緿【解析】愛(ài)因斯坦提出的狹義相對(duì)論兩條基本假設(shè)是： 相對(duì)性原理與光速不變?cè)恚渌麅?nèi)容均建立在這兩點(diǎn)的基礎(chǔ)之上；故選D。例2對(duì)相對(duì)論的基本認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是A相對(duì)論認(rèn)為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的B愛(ài)因斯坦通過(guò)質(zhì)能方程闡明了質(zhì)量就是能量C在高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員會(huì)發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上快D我們發(fā)現(xiàn)豎直向上高速運(yùn)動(dòng)的球在水平方向上變扁了【答案】A【解析】A相對(duì)論認(rèn)為：真空中的光速在不同的慣性系中都是相同的，故A正確B由可知，質(zhì)量與能量相互聯(lián)系，但質(zhì)量與能量是兩個(gè)不同的物理量，不能說(shuō)質(zhì)量就是能量，能量就是質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；C在高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇

5、航員會(huì)發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上慢故C錯(cuò)誤；D我們發(fā)現(xiàn)豎直向上高速運(yùn)動(dòng)的球，水平方向上沒(méi)有變化，豎直方向變短了，故D錯(cuò)誤；故選A例3以下關(guān)于相對(duì)論的說(shuō)法，正確的是A觀察者與光源相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)到的光速大于m/sB在不同的慣性系中觀測(cè)同一物體，尺寸都相同C對(duì)于同一個(gè)物理過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間，在任何慣性系中觀測(cè)結(jié)果都相同D當(dāng)物體相對(duì)某一慣性系高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其質(zhì)量的觀測(cè)值與速度大小有關(guān)【答案】D【解析】根據(jù)狹義相對(duì)論，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源和觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；在不同的慣性系中測(cè)量同一物體的長(zhǎng)度，測(cè)量值是不同的，故B錯(cuò)誤；對(duì)于同一個(gè)物理過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間，在不同慣性系中觀測(cè)結(jié)

6、果是不相同的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)物體相對(duì)某一慣性系高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其質(zhì)量的觀測(cè)值與速度大小有關(guān)，選項(xiàng)D正確；故選D。【同類練習(xí)】1.如圖所示，慣性系S中有一邊長(zhǎng)為l的正方形，從相對(duì)S系沿x方向以接近光速的勻速飛行器上測(cè)得該正方形的圖像是（ ）ABCD【答案】C【解析】正方形從相對(duì)S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)相對(duì)論效應(yīng)可知，沿x軸方向正方形邊長(zhǎng)縮短，而沿y軸方向正方形邊長(zhǎng)沒(méi)有改變，則其形狀變成長(zhǎng)方形。故選項(xiàng)C正確。2用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷下列說(shuō)法是否正確（ ）A時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B在地面上的人看來(lái)，以的速度升空的火箭中的時(shí)鐘

7、會(huì)變快，但是火箭中的宇航員卻看到時(shí)鐘可能是準(zhǔn)確的C在地面上的人看來(lái)，以的速度升空的火箭在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變短，而火箭中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些D當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)【答案】CD【解析】A經(jīng)典力學(xué)理論的觀點(diǎn)認(rèn)為時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變；而相對(duì)論的觀點(diǎn)認(rèn)為時(shí)間和空間都是相對(duì)的，在不同的參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生改變，故錯(cuò)誤B根據(jù)時(shí)間間隔的相對(duì)性：可知，時(shí)間延緩效應(yīng)，因此地面上的人看飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的，故B錯(cuò)誤；C根據(jù)長(zhǎng)度的

8、相對(duì)性：，可知，在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度縮短，所以在地面上的人看來(lái)，以km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄，而飛船中的航天員卻感到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些，故C正確；D當(dāng)?shù)退俸暧^物體時(shí)，vc時(shí)，tt，ll0，可知“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)，故D正確。題型二、牛頓力學(xué)的局限性例3經(jīng)典力學(xué)只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指( )A行星、恒星、星系等巨大的物質(zhì)領(lǐng)域B地球表面上的物質(zhì)世界C人眼能看到的物質(zhì)世界D不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質(zhì)世界答案：D例4通過(guò)一個(gè)加速裝置對(duì)電子加一很大的恒力，使電子從靜止開(kāi)始加速，則對(duì)這個(gè)加速過(guò)程，下列描述正確的是( )A根據(jù)牛

9、頓第二定律，電子將不斷做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B電子先做加速運(yùn)動(dòng)，后以光速做勻速直線運(yùn)動(dòng)C電子開(kāi)始先近似于勻加速運(yùn)動(dòng)，后來(lái)質(zhì)量增大，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用D電子是微觀粒子，整個(gè)加速過(guò)程根本就不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋答案：C【同類練習(xí)】1.關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說(shuō)法中正確的是( )A狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立的、互不相容的兩種理論；B在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵循狹義相對(duì)論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律；C經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)；D不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的。答案：BC【成果鞏固訓(xùn)練】1以下說(shuō)法錯(cuò)誤的

10、是A愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)成功地解釋了光電效應(yīng)，說(shuō)明光具有粒子性B光的波長(zhǎng)越大，光子能量越小C以不同的慣性系觀察同一物體的運(yùn)動(dòng)，物體的加速度可能不同，但速度一定相同D光既有波動(dòng)性，有具有粒子性，二者并不矛盾【答案】C【解析】A愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)成功地解釋了光電效應(yīng)，說(shuō)明光具有粒子性，選項(xiàng)A正確，不符合題意；B根據(jù) 可知，光的波長(zhǎng)越大，光子能量越小，選項(xiàng)B正確，不符合題意；C根據(jù)相對(duì)論原理，以不同的慣性系觀察同一物體的運(yùn)動(dòng)，物體的加速度和速度都不相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，符合題意；D光既有波動(dòng)性，又具有粒子性，光具有波粒二象性，故D正確，不符合題意故選C.2下列說(shuō)法正確的是（ ）A以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典

11、力學(xué)因其局限性而沒(méi)有存在的價(jià)值B物理學(xué)的發(fā)展，使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍C相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，是對(duì)經(jīng)典力學(xué)的全盤否定D經(jīng)典力學(xué)對(duì)處理高速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體具有相當(dāng)高的實(shí)用價(jià)值【答案】B【解析】牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠解決宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，在生產(chǎn)、生活及科技方面起著重要作用；解決問(wèn)題時(shí)雖然有一定誤差，但誤差極其微小，可以忽略不計(jì)；故經(jīng)典力學(xué)仍可在一定范圍內(nèi)適用雖然相對(duì)論和量子力學(xué)更加深入科學(xué)地認(rèn)識(shí)自然規(guī)律，它是科學(xué)的進(jìn)步，但并不表示對(duì)經(jīng)典力學(xué)的否定，故選項(xiàng)B正確A、C錯(cuò)誤；經(jīng)典力學(xué)不能用于處理高速運(yùn)行的物體；故D錯(cuò)誤故選B3愛(ài)因斯坦相對(duì)論的提出,是物理學(xué)思想的重大革命,因?yàn)樗? )A揭示了

12、時(shí)間、空間并非絕對(duì)不變的屬性B借鑒了法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫的學(xué)說(shuō)C否定了牛頓力學(xué)的原理D修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論【答案】A【解析】A運(yùn)動(dòng)的鐘變慢，運(yùn)動(dòng)的尺縮短，運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量變大，這是狹義相對(duì)論的幾個(gè)重要的效應(yīng)，揭示了時(shí)間、空間并非絕對(duì)不變的屬性，A正確；B愛(ài)因斯坦相對(duì)論借鑒法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫的學(xué)說(shuō)，但“借鑒”不等于“革命”，故B錯(cuò)誤；C直接說(shuō)“否定了牛頓力學(xué)的原理”是沒(méi)有一分為二的認(rèn)識(shí)，愛(ài)因斯坦相對(duì)論解釋了經(jīng)典牛頓力學(xué)不能解釋的高速、微觀范圍，但狹義相對(duì)論在狹義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)兩個(gè)體系，指出它們都服從狹義相對(duì)性原理，即沒(méi)有否定牛頓力學(xué)的原理，C錯(cuò)誤；D狹義相對(duì)

13、論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并提示了質(zhì)量與能量相當(dāng)，修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論，但“修正”也算不上革命。故D錯(cuò)誤。故選：A。4建立經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波存在的物理學(xué)家和創(chuàng)立相對(duì)論的科學(xué)家分別是()A麥克斯韋法拉第B麥克斯韋愛(ài)因斯坦C赫茲愛(ài)因斯坦D法拉第麥克斯韋【答案】B【解析】【詳解】在19世紀(jì)60年代建立經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波存在的物理學(xué)家是麥克斯韋，創(chuàng)立相對(duì)論的科學(xué)家是愛(ài)因斯坦A麥克斯韋、法拉第，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B麥克斯韋、愛(ài)因斯坦，與結(jié)論相符，選項(xiàng)B正確；C赫茲、愛(ài)因斯坦，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D法拉第、麥克斯韋，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選B。

14、5牛頓把天體運(yùn)動(dòng)與地上物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)。隨著近代物理學(xué)的發(fā)展，科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典力學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)，關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的局限性，下列說(shuō)法正確的是A火車提速后，有關(guān)速度問(wèn)題不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理B由于經(jīng)典力學(xué)有局限性，所以一般力學(xué)問(wèn)題都用相對(duì)論來(lái)解決C經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體D經(jīng)典力學(xué)只適用于像地球和太陽(yáng)那樣大的宏觀物體【答案】C【解析】A、火車提速后的速度仍然遠(yuǎn)小于光速,有關(guān)速度問(wèn)題仍然能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理.故A錯(cuò)誤;B、相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué),而是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,有各自成立范圍;經(jīng)典力學(xué)是狹義相對(duì)論在低速 條件下的近似,因此經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中,經(jīng)典力學(xué)是相

15、對(duì)論的特例,故B錯(cuò)誤;C、經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體,不僅僅適用于像地球和太陽(yáng)那樣大的宏觀物體,象乒乓球、籃球、飛鳥等也可以使用.所以C選項(xiàng)是正確的,D錯(cuò)誤.綜上所述本題答案是：C6用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷下列說(shuō)法正確的是 （ ）A時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律是不同的C在地面上的人看來(lái)，以3km/s的速度升空的火箭在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變短，而火箭中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人矮一些D無(wú)論物體如何運(yùn)動(dòng)，物體的質(zhì)量總是不變的【答案】C【解析】時(shí)間和物體的存在有關(guān)，長(zhǎng)度與物體的速度有關(guān)，

16、空間也與物體的存在有關(guān)，即物體的運(yùn)動(dòng)速度使空間發(fā)生了變形，A錯(cuò)誤狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律是相同的，B錯(cuò)誤，在地面上的人看來(lái)，以3km/s的速度升空的火箭在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變短，而火箭中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人矮一些,C正確物體的質(zhì)量跟物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，所以D錯(cuò)誤7你現(xiàn)在正在完成100分鐘的期末物理考試，假設(shè)一艘飛船相對(duì)你以0.3C的速度勻速飛過(guò)（C為真空中的光速），則飛船上的觀察者根據(jù)相對(duì)論認(rèn)為你考完這場(chǎng)考試所用時(shí)間A大于100分鐘B等于100分鐘C小于100分鐘D不能確定【答案】A【解析】根據(jù)狹義相對(duì)論可知，飛船相對(duì)此考生以0.3c的速度勻速飛過(guò)時(shí)，

17、飛船上的觀察者認(rèn)為此考生考完這場(chǎng)考試所用的時(shí)間，可知飛船上的觀察者認(rèn)為此考生考完這場(chǎng)考試所用的時(shí)間大于100分鐘選項(xiàng)A正確故選A8對(duì)相對(duì)論的基本認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是A相對(duì)論認(rèn)為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的B愛(ài)因斯坦通過(guò)質(zhì)能方程闡明了質(zhì)量就是能量C在高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員會(huì)發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上快D我們發(fā)現(xiàn)豎直向上高速運(yùn)動(dòng)的球在水平方向上變扁了【答案】A【解析】A相對(duì)論認(rèn)為：真空中的光速在不同的慣性系中都是相同的，故A正確B由可知，質(zhì)量與能量相互聯(lián)系，但質(zhì)量與能量是兩個(gè)不同的物理量，不能說(shuō)質(zhì)量就是能量，能量就是質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；C在高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員會(huì)發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上慢故C錯(cuò)誤；D我們發(fā)現(xiàn)豎直向上高速運(yùn)動(dòng)的球，水平方向上沒(méi)有變化，豎直方向變短了，故D錯(cuò)誤；故選A9與相對(duì)論有關(guān)的問(wèn)題，下列說(shuō)法正確的是（ ）A火箭內(nèi)有一時(shí)