2025新課改-高中物理-必修第2冊（16講）11 A相對論時空觀與牛頓力學的局限性 基礎(chǔ)版含答案

2025新課改-高中物理-必修第2冊（16講）11A相對論時空觀與牛頓力學的局限性基礎(chǔ)版相對論時空觀與牛頓力學的局限性知識點：相對論時空觀與牛頓力學的局限性一、相對論時空觀1.19世紀，英國物理學家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c.2.1887年邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符(填“相符”或“不符”).3.愛因斯坦假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.4.時間延緩效應(1)如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)Δt與Δτ的關(guān)系總有Δt＞Δτ，即物理過程的快慢(時間進程)與運動狀態(tài)有關(guān).(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)5.長度收縮效應：(1)如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).(2)l與l0的關(guān)系總有l(wèi)＜l0，即運動物體的長度(空間距離)跟物體的運動狀態(tài)有關(guān).(填“無關(guān)”或“有關(guān)”)二、牛頓力學的成就與局限性1.牛頓力學的成就：牛頓力學的基礎(chǔ)是牛頓運動定律，萬有引力定律的建立與應用更是確立了人們對牛頓力學的尊敬.2.牛頓力學局限性：牛頓力學的適用范圍是低速(填“高速”或“低速”)運動的宏觀(填“宏觀”或“微觀”)物體.(1)當物體以接近光速運動時，有些與牛頓力學的結(jié)論不相同.(2)電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運動不能用牛頓力學來說明.3.牛頓力學不會被新的科學成就所否定，當物體運動的速度遠小于光速c時，相對論物理學與牛頓力學的結(jié)論沒有區(qū)別.技巧點撥一、相對論時空觀1.低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動物體.(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速.2.相對論的兩個效應(1)時間延緩效應：運動時鐘會變慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)長度收縮效應：運動長度會收縮，即l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).3.對于低速運動的物體，相對論效應可以忽略不計，一般用經(jīng)典力學規(guī)律來處理；對于高速運動問題，經(jīng)典力學不再適用，需要用相對論知識來處理.二、牛頓力學的成就與局限性1.經(jīng)典力學的成就(1)經(jīng)典力學體系是時代的產(chǎn)物，是現(xiàn)代機械、土木建筑、交通運輸以至航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ).(2)經(jīng)典力學的思想方法對藝術(shù)、政治、哲學等社會科學領(lǐng)域也有巨大影響.2.經(jīng)典力學的局限性及適用范圍(1)經(jīng)典力學適用于低速運動的物體，相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律.(2)經(jīng)典力學適用于宏觀世界；量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律.3.相對論和量子力學沒有否定經(jīng)典力學(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與經(jīng)典物理學的結(jié)論沒有區(qū)別；(2)當?shù)慕Y(jié)論沒有區(qū)別.(3)相對論和量子力學并沒有否定經(jīng)典力學，經(jīng)典力學是二者在一定條件下的特殊情形例題精練1．關(guān)于經(jīng)典力學的成就與局限性的有關(guān)說法不正確的是（）A．經(jīng)典力學又稱牛頓力學 B．與經(jīng)典力學體系相適應，牛頓建立了絕對時空觀 C．經(jīng)典力學能解釋微觀世界豐富多彩的現(xiàn)象 D．經(jīng)典力學只適用于宏觀（＞10﹣10m）、低速（v?c）、弱引力場（例如地球附近）【分析】明確經(jīng)典力學的基本內(nèi)容，知道其局限性即可正確求解。【解答】解：A、經(jīng)典力學的基本定律是牛頓運動定律或與牛頓定律有關(guān)且等價的其他力學原理，所以經(jīng)典力學又稱牛頓力學，故A正確；B、經(jīng)典力學有兩個基本假定，其中之一就是假定時間和空間是絕對的，故B正確；C、一般來說，經(jīng)典力學適用于弱引力場中的宏觀物體的低速運動。并不適用于微觀，故C錯誤；D、經(jīng)典力學只適用于宏觀（＞10﹣10m）、低速（v＜＜c）、弱引力場（例如地球附近），故D正確。本題選不正確的，故選：C。【點評】本題考查經(jīng)典力學的局限性，要注意明確經(jīng)典力學適用于宏觀低速物體，不適用于微觀高速物體。2．（2021春?豐臺區(qū)期中）下列運動中，牛頓力學規(guī)律適用的是（）A．研究原子中電子的運動 B．高能粒子（速度較大）進一步加速 C．粒子接近光速的運動 D．嫦娥一號探月衛(wèi)星的運動【分析】根據(jù)牛頓運動定律的適用范圍：（1）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；（2）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子；（3）參照系應為慣性系。【解答】解：牛頓第二定律適用于宏觀低速的物體，不適用于微觀高速的物體，故只有嫦娥一號探月衛(wèi)星的運動，牛頓力學規(guī)律是適用的，其他三適均不適用，故D正確，ABC錯誤。故選：D。【點評】本題主要考查了牛頓運動定律的適用范圍，牢記牛頓力學規(guī)律適用于宏觀低速物體即可。隨堂練習1．（2021春?玄武區(qū)校級月考）下列運動中不能用經(jīng)典力學規(guī)律描述的是（）A．子彈的飛行 B．粒子接近光速的運動 C．人造衛(wèi)星繞地球運動 D．和諧號從南通向上海飛馳【分析】經(jīng)典力學的適用范圍是宏觀、低速情形，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學．【解答】解：子彈的飛行、和諧號的運動及人造衛(wèi)星繞地球的運動，都屬于宏觀低速，經(jīng)典力學能適用，而粒子接近光速的運動，不能適用于經(jīng)典力學，故ACD錯誤，B正確；故選：B?！军c評】當物體的速度接近光速時，從相對論角度來說，時間延長、空間縮短、質(zhì)量增加，不能適用于經(jīng)典力學．2．（2020秋?嘉定區(qū)期末）經(jīng)典力學有一定的局限性。當物體以下列速度運動時，經(jīng)典力學不再適用的是（）A．2.5×10﹣1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s【分析】經(jīng)典力學只適用于宏觀低速運動的物體?！窘獯稹拷猓航?jīng)典力學只適用于宏觀低速，物體速度接近光速c＝3×108m/s時不再適用，故ABC錯誤，D正確。故選：D。【點評】解答本題的關(guān)鍵是知道經(jīng)典力學只適用于宏觀低速運動的物體。3．（2015秋?海門市校級期中）如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v（v接近光速c）．地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離（）A．大于L B．等于L C．小于L D．不能確定【分析】根據(jù)長度的相對性即可判斷兩飛船間的距離．【解答】解：根據(jù)相對性長度的公式：L＝，L0為在相對靜止參考系中的長度，L為在相對運動參考系中的長度。地面上測得它們相距為L，是以地面為參考系，飛船的速度是v，二者相對是運動的；而A測得的長度是以飛船A為參考系，B相對于A是靜止的，屬于靜止參考系的長度L0，所以大于L。故選：A?！军c評】本題考查了相對論等知識點，難度不大，是高考的熱點問題，解答該題的關(guān)鍵是理解公式L＝中各個物理量的意義．4．（2020春?寧波期末）經(jīng)典力學有一定的局限性，下列情境中經(jīng)典力學不適用的是（）A．小朋友坐滑梯下滑 B．輪船在大海上航行 C．宇宙粒子接近光速運動 D．子彈在空中高速飛行【分析】根據(jù)牛頓運動定律的適用范圍進行分析，明確經(jīng)典力學的局限性即可正確分析求解?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)牛頓運動定律的適用范圍：（1）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；（2）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀粒子；（3）參照系應為慣性系，則可知經(jīng)典力學不適用的是宇宙粒子接近光速飛行；而小朋友做滑梯、輪船航行以及子彈的高速飛行均符合以上三條，經(jīng)典力學可以適用，宇宙粒子接近光速運動，故C經(jīng)典力學不適用，ABD適用；本題選擇經(jīng)典力學不適用的，故選：C?！军c評】本題主要考查了經(jīng)典力學的適用范圍，只要記住即可，同時注意體會經(jīng)典力學的局限性。綜合練習一．選擇題（共10小題）1．（2020春?淮安區(qū)期中）牛頓力學也有其局限性，在下列情形中能夠成立的是（）A．宏觀物體高速運動 B．微觀世界 C．宏觀物體低速運動 D．強引力場【分析】明確經(jīng)典力學的局限性，知道經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速、弱引力場的條件下，不適用于微觀、高速、強引力場?！窘獯稹拷猓号ｎD力學也有其局限性，它只能適用于弱引力場中的宏觀物體低速運動，不適用于微觀、高速以及強引力場，故C正確，ABD錯誤。故選：C。【點評】經(jīng)典力學是狹義相對論在低速（v＜＜c）條件下的近似，牛頓經(jīng)典力學只考慮了空間，而狹義相對論既考慮了空間，也考慮了時間，牛頓經(jīng)典力學只適用于宏觀低速物體，而微觀、高速物體適用于狹義相對論。2．（2020春?沭陽縣期中）一枚靜止時長30m的火箭以1.5×108m/s的速度從觀察者的身邊掠過，已知光速為3×108m/s，觀察者測得火箭的長度約為（）A．30m B．15m C．34m D．26m【分析】明確狹義相對論中長度的相對性公式L＝L0，根據(jù)公式即可求出觀察者所測得火箭的長度。【解答】解：根據(jù)長度的相對性L＝L0得觀察者測得火箭的長度為L＝30×m≈26m，故D正確，ABC錯誤。故選：D?！军c評】狹義相對論有兩個顯著的效應，即鐘慢和尺縮。可以通俗的理解為：運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了；在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應，當速度接近光速時，尺子縮成一個點。3．（2020春?徐州期中）相對論和量子力學的出現(xiàn)使人們認識到經(jīng)典力學的適用范圍是（）A．低速運動宏觀世界 B．低速運動微觀世界 C．高速運動微觀世界 D．高速運動宏觀世界【分析】經(jīng)典力學的適用條件為，宏觀世界，低速運動，經(jīng)典力學在微觀、高速情況下不再適用?！窘獯稹拷猓航?jīng)典力學在微觀，高速情況下不再適用，經(jīng)典力學的適用條件為，宏觀世界，低速運動，故A正確，BCD錯誤。故選：A?！军c評】這是對經(jīng)典物理局限性的考查，只要知道這個知識點就行，并不要求對此知識點應用計算。4．（2019春?張家界期末）關(guān)于經(jīng)典力學，下列說法錯誤的是（）A．由于相對論、量子力學的提出，經(jīng)典力學已經(jīng)被完全否定 B．經(jīng)典力學可看作相對論、量子力學在一定條件下的特殊情形 C．經(jīng)典力學在宏觀物體、低速運動、引力不太大時適用 D．經(jīng)典力學對高速運動的微觀粒子不適用【分析】經(jīng)典力學的適用范圍是宏觀、低速情形，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學。【解答】解：相對論、量子力學的提出，沒有否定經(jīng)典力學，只是對力學的完善；經(jīng)典力學是相對論、量子力學在低速、宏觀狀態(tài)下的特殊情形，對于高速、微觀的情形經(jīng)典力學不適用，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學。故A錯誤BCD正確。本題選錯誤的，故選：A?！军c評】此題考查經(jīng)典力學的適用范圍和相對論、量子力學主要研究的對象，注意量子力學并沒有否定經(jīng)典力學，只是對力學進行了完善。5．（2019春?高臺縣校級期中）經(jīng)典力學不能適用于下列哪些運動（）A．火箭的發(fā)射 B．宇宙飛船繞地球的運動 C．“勇氣號”宇宙探測器的運動 D．以99%倍光速運行的電子束【分析】經(jīng)典力學的適用范圍是宏觀、低速情形，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學?！窘獯稹拷猓夯鸺陌l(fā)射、宇宙飛船繞地球的運動、宇宙探測器的運動都屬低速，經(jīng)典力學能適用。對于高速微觀的情形經(jīng)典力學不適用，故對以99%倍光速運行的電子束不適用；故D正確ABC錯誤。本題選不適用的，故選：D?！军c評】電子及電子以下（中子，質(zhì)子，原子，離子，分子是實物粒子）都可以認為是微觀粒子；微觀粒子以及高速運動的物體不適用于經(jīng)典力學。6．（2018春?扶余市校級期中）如果有一列火車，以很高的速度運動，車窗沿運動方向為長，垂直運動方向為寬，根據(jù)相對論的知識，地面上的人發(fā)現(xiàn)（）A．火車窗口比靜止時要長 B．火車窗口比靜止時要短 C．火車窗口比靜止時要寬 D．火車窗口比靜止時要窄【分析】本題關(guān)鍵是知道狹義相對論的一個重要效應﹣﹣尺縮效應：在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短?！窘獯稹拷猓河捎诔呖s效應，在運動的方向上，長度要縮短，所以車窗的長度比靜止時更短，但是在與運動方向垂直的寬不會變化，故ACD錯誤，B正確；故選：B?！军c評】此題考查狹義相對論的基本結(jié)論，熟記并理解它，可以解決所有關(guān)于狹義相對論的問題。7．（2018春?禪城區(qū)校級期中）經(jīng)典力學不能適用下列哪些運動（）A．火箭的發(fā)射 B．微觀粒子的波動性 C．“勇氣號”宇宙探測器在太空的運動 D．宇宙飛船繞地球的運動【分析】經(jīng)典力學的適用范圍是宏觀、低速情形，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學?！窘獯稹拷猓航?jīng)典力學適用宏觀低速物體的運動，而不適應微觀高速粒子的運動；則經(jīng)典力學不能適用微觀粒子的波動性，故B正確，ACD錯誤。故選：B?！军c評】本題考查經(jīng)典力學的局限性，注意明確當物體的速度接近光速時，從相對論角度來說，時間延長、空間縮短、質(zhì)量增加。8．（2018春?平安區(qū)校級期中）經(jīng)典力學不適用于下列哪些運動（）A．火箭的發(fā)射 B．宇宙飛船繞地球的運動 C．微觀粒子的波動 D．汽車在公路上行駛【分析】根據(jù)牛頓運動定律的適用范圍：（1）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；（2）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子；（3）參照系應為慣性系?！窘獯稹拷猓航?jīng)典力學適用于宏觀低速運動，火箭的發(fā)射、宇宙飛船繞地球的運動和汽車在公路上行駛，均屬于宏觀低速適用于經(jīng)典力學，故ABD不符合題意；經(jīng)典力學不適用于微觀粒子的波動，故C符合題意。本題考查經(jīng)典力學不適用的，故選：C。【點評】本題考查經(jīng)典力學的適用范圍，屬于記憶內(nèi)容的考查，牢記相關(guān)內(nèi)容即可準確求解。9．（2018春?和平區(qū)校級月考）若一列火車以接近光速的速度在高速行駛，車上的人用望遠鏡來觀察地面上的一只排球，如果觀察的很清晰，則觀察結(jié)果是（）A．像一只乒乓球（球體變?。?B．像一只籃球（球體變大） C．像一只橄欖球（豎直放置） D．像一只橄欖球（水平放置）【分析】狹義相對論確保任何物理定律在不同參照系的相同，以觀察者為參照系則排球以相同大小的速度反向運動，利用長度收縮效應即可作答【解答】解：根據(jù)狹義相對論，以觀察者為參照系，則排球以接近光速的速度反向運動，根據(jù)長度收縮效應可知，觀察者測得排球的水平寬度變短，豎直長度不變，因此觀察的結(jié)果是像一只豎直放置的橄欖球。故選：C。【點評】本題考查了狹義相對論參照系變換與長度收縮性：一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小，注意在變換參照系時要確保參照系是勻速直線運動的10．（2018春?資陽期末）下列說法中錯誤的是（）A．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源的運動和觀察者的運動無關(guān) B．在雙縫干涉實驗中，用紅光代替黃光作為入射光可減小干涉條紋的間距 C．光具有波粒二象性，傳播時往往表現(xiàn)出波動性，與物質(zhì)相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性 D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃反射光的影響【分析】真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。雙縫干涉條紋的間距與波長成正比。光具有波粒二象性。拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃反射光?！窘獯稹拷猓篈、根據(jù)相對論的基本原理知真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源的運動和觀察者的運動無關(guān)，故A正確。B、雙縫干涉條紋的間距與波長成正比，紅光的波長比黃光的長，則在雙縫干涉實驗中，用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條紋的間距，故B錯誤。C、光具有波粒二象性，傳播時往往表現(xiàn)出波動性，與物質(zhì)相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性，故C正確。D、反射光屬于偏振光，往往在鏡頭加偏振片的作用可以減弱玻璃的反射光的強度；故D正確。本題選錯誤的，故選：B?！军c評】解決本題的關(guān)鍵是了解近代物理常識，對光的本性、光的常見現(xiàn)象及形成原因要理解并掌握。二．多選題（共6小題）11．（2020春?綿陽期末）經(jīng)典力學有其局限性，相對論已經(jīng)成為現(xiàn)代科學技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)之一。下列關(guān)于經(jīng)典力學的說法中，正確的是（）A．經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速、弱引力場 B．經(jīng)典力學適用于范圍在10﹣10m以內(nèi)的微觀粒子運動 C．經(jīng)典力學認為時間、空間與物質(zhì)及其運動之間是相互聯(lián)系的 D．按照經(jīng)典力學，只要知道初始條件，就可以準確確定體系以往和未來的運動狀態(tài)【分析】明確經(jīng)典力學的基本內(nèi)容，同時經(jīng)典力學有一定的局限性，經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速運動的物體，不適用于高速、微觀的物體；經(jīng)典力學是狹義相對論在低速（v＜＜c）條件下的近似?！窘獯稹拷猓篈、經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速、弱引力場，故A正確；B、經(jīng)典力學不適用微觀高速粒子的運動，即不適用于范圍在10﹣10m以內(nèi)的微觀粒子運動，故B錯誤；C、在經(jīng)典力學中，認為時間和空間與物質(zhì)及其運動之間都是獨立的，故C錯誤；D、在經(jīng)典力學中，根據(jù)牛頓運動定律，只要知道初始狀態(tài)和相互作用，就可以準確確定體系以往和未來的狀態(tài)，故D正確。故選：AD?！军c評】該題考查經(jīng)典力學的使用范圍，記?。航?jīng)典力學只適用于宏觀、低速運動的物體以及弱相互作用間的物體，不適用于高速、微觀的物體。12．（2019春?揚州月考）假設(shè)有一列火車沿平直軌道飛快地勻速前進，車廂中央有一個光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前后壁，根據(jù)狹義相對論原理，下列說法正確的是（）A．車廂里的人認為閃光是同時到達兩壁的 B．靜止在地面上的人認為閃光是同時到達兩壁的 C．靜止在地面上的人認為閃光先到達后壁 D．靜止在地面上的人認為閃光先到達前壁【分析】地面上的人、車廂中的人選擇的慣性系不一樣，但是本題的慣性系中光向前傳播和向后傳播的速度相同，從而發(fā)現(xiàn)傳播到前后壁的快慢不一樣?！窘獯稹拷猓篈、車廂中的人認為，車廂是個慣性系，光向前向后傳播的速度相等，光源在車廂中央，閃光同時到達前后兩壁，故A正確。BCD、地面上的人以地面為參考系，根據(jù)狹義相對論原理，光向前向后傳播的速度相等，向前傳播的路程長些，到達前壁的時刻晚些，故C正確，BD錯誤。故選：AC?！军c評】本題考查了愛因斯坦相對性原理和光速不變原理，關(guān)鍵是明確不同參考系中光速相等，基礎(chǔ)題目。13．（2019?羅湖區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．醫(yī)院里用于檢測的彩超的原理是：向病人體內(nèi)發(fā)射超聲波，經(jīng)血液反射后被接收，測出反射波的頻率變化，就可知血液的流速，這一技術(shù)應用了多普勒效應 B．單擺做簡諧運動的回復力大小總與偏離平衡位置的位移大小成正比 C．在水中的潛水員斜向上看岸邊的物體時，看到的物體比物體所處的實際位置低 D．水中的氣泡，看起來很明亮，是因為光線從氣泡中射向水中時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射的緣故 E．地面上靜止的人觀察一條沿桿自身長度高速運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小【分析】多普勒效應能測物體移動速度；單擺做簡諧運動的回復力大?。篎＝kx；根據(jù)光的折射，得出水中的魚斜向上看岸邊的物體看到的高度和實際高度的關(guān)系；水中的氣泡，看起來特別明亮，是因為光線從水射入氣泡發(fā)生全發(fā)射的緣故。【解答】解：A、醫(yī)院里用于檢測的彩超的原理是：向病人體內(nèi)發(fā)射超聲波，經(jīng)血液反射后被接收，測出反射波的頻率變化，就可知血液的流速，這一技術(shù)應用了多普勒效應，故A正確；B、單擺做簡諧運動的回復力大小：F＝kx，總與偏離平衡位置的位移大小成正比，故B正確；C、景物的光斜射到水面上，由光發(fā)生折射的條件知，會發(fā)生折射現(xiàn)象，當光進入水中后靠近法線，射入魚的眼睛，而魚由于錯覺，認為光始終沿直線傳播，逆著光的方向看上去而形成的虛像，所以比實際位置高，故C錯誤；D、水中的氣泡，看起來特別明亮，是因為光線從水射入氣泡發(fā)生全發(fā)射的緣故。故D錯誤；E、地面上靜止的人觀察一條沿自身長度高速運動的桿，根據(jù)相對論可知，桿的長度總比桿靜止時的長度小，故E正確。故選：ABE?！军c評】本題考查的知識點較多，解答這一類的題目，關(guān)鍵是要在平時學習中要多注意積累一些生活中的物理現(xiàn)象。14．（2018春?廣安區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．使用同一裝置進行雙縫干涉實驗，紅光干涉條紋比紫光干涉條紋更寬 B．均勻變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波 C．“和諧號”動車組高速行駛時，在地面上測得其車廂的長度明顯變短 D．在任何慣性系中，光在真空中的速率都相等【分析】考慮條紋間距△x表達式，以及不同可見光的波長；電磁波形成條件；長度的相對性；以及光速不變理論?！窘獯稹拷猓篈、同一裝置，條紋間距的大小僅和入射光的波長有關(guān)。波長越長的光，產(chǎn)生的條紋間距越寬。紅光波長大于紫光，所以紅光干涉條紋間距大于紫光，故A正確B、均勻變化的磁場和電場無法形成電磁波，只有按一定規(guī)律交替變化的電磁場才可以，故B錯誤C、根據(jù)狹義相對論，當物體速度接近光速時，其長度才會明顯變短，“和諧號”動車組高速行駛時，其速度遠小于光速，車廂長度不會明顯變短，故C錯誤D、根據(jù)狹義相對論的光速不變理論，任何慣性系中光速維持不變，故D正確故選：AD?！军c評】本題考查光的干涉，電磁波形成條件，以及狹義相對論的有關(guān)內(nèi)容，要熟知課本內(nèi)容，易錯點是電磁波的形成必須要交替變化的電磁場，均勻變化的電場或磁場無法產(chǎn)生電磁波15．（2018春?南京期末）接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有（）A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢 B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快 C．地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D．地球上的人觀測到地球上的鐘較慢【分析】根據(jù)愛因斯坦狹義相對論，運動具有延時效應，故參考系高速運動的物體上的時間進程變慢。【解答】解：AB、飛船上的人是以飛船為參考系，故地球是高速運動的，根據(jù)愛因斯坦相對論可知“時間膨脹”，即飛船上的人觀測到地球上的鐘較慢，即飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快，故A錯誤，B正確；CD、地球上的人以地球為參考系，認為飛船高速運動，同樣根據(jù)愛因斯坦相對論可知“時間膨脹”，飛船上的鐘較慢，故地球上的人觀測到地球上的鐘較快，故C正確，D錯誤；故選：BC?！军c評】本題考查愛因斯坦狹義相對論，關(guān)鍵是記住相對論的幾個效應，如：尺縮效應、運動延時效應、質(zhì)速關(guān)系。16．（2018春?七里河區(qū)校級期末）下列說法中正確的是（）A．紅外線易穿透云層，故廣泛應用于遙感技術(shù)領(lǐng)域 B．醫(yī)院用X光進行透視，是因為它的穿透能力較強 C．相對論認為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的 D．在高速運動的飛船中的宇航員會發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上的快【分析】紅外線波長長，容易發(fā)生衍射現(xiàn)象；X光有穿透能力，但沒有γ射線強；根據(jù)狹義相對論的兩個基本假設(shè)（相對性原理、光速不變原理）和幾個基本結(jié)論（①鐘慢效應；②尺縮效應；③速度越大，質(zhì)量越大）分析即可?！窘獯稹拷猓篈、紅外線的波長較長，易穿透云層，故廣泛應用于遙感技術(shù)領(lǐng)域，故A正確；B、醫(yī)院用X光進行透視，是因為它是各種電磁波中穿透能力較強的，故B正確；C、相對論認為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，故C正確；D、根據(jù)鐘慢效應，宇宙飛船相對于地球高速運動的過程中，飛船的人觀察飛船是不運動的，而地球是高速運動的，所以飛船上的時鐘沒有變慢了，正常走時，而地球上的鐘變慢了，故D正確；故選：ABCD。【點評】考查電磁波的紅外線、紫外線、X射線與γ射線的應用與區(qū)別以及相對論，記住并理解狹義相對論的基本假設(shè)和幾個基本結(jié)論是解決此題的關(guān)鍵。此題屬于基礎(chǔ)題。三．填空題（共6小題）17．（2020秋?嘉定區(qū)校級月考）牛頓運動定律適用范圍是宏觀低速，愛因斯坦的相對論適用范圍是微觀高速?！痉治觥扛鶕?jù)牛頓運動定律的適用范圍：只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀粒子；而愛因斯坦的相對論適用范圍為微觀高速的物體?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)牛頓運動定律的知識可知，牛頓運動定律的適用范圍是宏觀、低速領(lǐng)域；相對論是關(guān)于時空和引力的基本理論，主要由愛因斯坦創(chuàng)立，分為狹義相對論（特殊相對論）和廣義相對論（一般相對論），相對論的基本假設(shè)是光速不變原理，相對性原理和等效原理，相對論和量子力學是現(xiàn)代物理學的兩大基本支柱，適用于高速運動的物體和微觀條件下的物體。故答案為：宏觀低速，微觀高速?！军c評】本題主要考查了牛頓運動定律和愛因斯坦的相對論的適用范圍，只要記住即可，難度不大，屬于基礎(chǔ)題。18．（2020春?綿陽期末）在行進的火車車廂中測站臺上的兩根柱子之間的距離為L1，在站臺上測這兩根柱子之間的距離為L2，則L1小于L2（選填“小于”“大于”或“等于”）?！痉治觥扛鶕?jù)相對論的“尺縮效應”可知，沿一個物體長度方向運動時，會發(fā)現(xiàn)這個物體的長度比靜止時的長度要短?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)相對論原理中的“尺縮效應”可知，在行進的火車車廂中測站臺上的兩根柱子之間的距離小于靜止時兩根柱子之間的距離。故答案為：小于?！军c評】本題難度不大，關(guān)鍵對相對論相關(guān)效應，如“尺縮效應”和“鐘慢效應”要理解清楚，并能夠據(jù)此判斷時間和空間的變化情況。19．（2020?上海）質(zhì)量是1.67×10﹣27kg的質(zhì)子在高速粒子加速器中加速到動能Ek＝1.6×10﹣10J，某同學根據(jù)Ek＝mv2算出質(zhì)子的速度為v＝4.38×108m/s，該同學得出的數(shù)值是否合理不合理，原因是動能的計算公式只適用于低速的情況，對超光速情況不適用?！痉治觥坑上鄬φ摽芍?，物體的運動質(zhì)量與靜止質(zhì)量不同，動能的計算公式適用于低速、宏觀物體，在高速情況下動能的計算公式不再適用。【解答】解：運動物體的質(zhì)量m＝，其中m0是物體的靜止質(zhì)量，動能的計算公式僅適用于低速物體，對于高速運動物體已經(jīng)不再適用，由該同學的計算可知，求出的質(zhì)子速度大于光速，動能的計算公式已經(jīng)不再適用，因此該同學得出的數(shù)值不合理。故答案為：不合理；動能的計算公式只適用于低速的情況，對超光速情況不適用?！军c評】本題考查了經(jīng)典力學規(guī)律的適用條件問題，掌握基礎(chǔ)知識是解題的前提與關(guān)鍵，應用基礎(chǔ)知識即可解題；要注意基礎(chǔ)知識的學習與應用。20．（2019?南京模擬）列車靜止時，每節(jié)車廂的長度與沿軌道方向排列的相鄰電線桿間距離相等。當列車以接近光速行駛時，車上的乘客觀測到車廂長度小于相鄰電線桿間距離（選填“大于”、“小于”或等于”），軌道旁靜止的觀察者觀測到車廂長度小于相鄰電線桿間距離（選填“大于”、“小于”或“等于”）。【分析】根據(jù)愛因斯坦相對論，長度的相對性：l＝l0，即一條沿自身長度方向運動的桿，其長度（l）總比桿靜止時的長度（l0）小?！窘獯稹拷猓寒斄熊囈越咏馑傩旭偅娋€桿相對于列車的速度也接近光速，根據(jù)愛因斯坦相對論效應可知，相鄰電線桿間距離將要縮短，而車上的乘客觀測車廂的長度不變，則車廂長度大于相鄰電線桿間距離；同理，軌道旁靜止的觀察者觀測到列車以接近光速行駛，根據(jù)愛因斯坦相對論效應可知，車廂長度要縮短，而相對于觀察者靜止的相鄰電線桿間距離不變，則車廂長度小于相鄰電線桿間距離。故答案為：大于；小于。【點評】本題考查了長度的相對性原理。這道題涉及到愛因斯坦相對論，和我們平時的一些認識不一樣，學生理解起來比較抽象，我們可以通過一些具體的例子來記憶這一部分知識。21．（2019?徐州模擬）一艘太空飛船靜止時長度為d，它以0.9c（c為真空中的光速）的速度沿長度方向飛行經(jīng)過地球。飛船上觀測者測得該飛船的長度等于d，地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來光信號的速度等于c．（均填“大于”“等于”或“小于”）【分析】長度的相對性：l＝l0，即一條沿自身長度方向運動的桿，其長度（l）總比桿靜止時的長度（l0）小；相對于觀測者靜止的物體長度不變，相對于觀測者運動的物體的長度會縮短；光速在真空中速度是不變的。【解答】解：飛船上觀測者相對于飛船靜止的，飛船上觀測者測得該飛船的長度等于d；根據(jù)光速不變原理，球上的觀測者測得飛船上發(fā)來光信號的速度等于c。故答案為：等于；等于。【點評】本題考查了長度的相對性原理。這種題型比較抽象，我們在記憶的時候一定要結(jié)合實例來理解。22．（2019?泰州二模）如圖所示，宇航飛行器以接近光速的速度經(jīng)過地球。宇航艙內(nèi)點光源S與前壁M和后壁N距離都是L．某時刻光源S發(fā)出一個閃光，宇航艙內(nèi)儀器觀測到M、N同時接收到光信號，則地面觀測站觀測到閃光不是（選填“是”或“不是”）同時到達M、N；地面觀測站觀測到宇航艙前后壁間距離＜（選填“＞”“＝”或“＜”）2L。【分析】地面上的人、車廂中的人選擇的慣性系不一樣，但是光向前傳播和向后傳播的速度相同，從而發(fā)現(xiàn)傳播到前后壁的快慢不一樣。【解答】解：車廂中的人認為，車廂是個慣性系，光向前向后傳播的速度相等，光源在車廂中央，閃光同時到達前后兩壁。地面上人以地面是一個慣性系，光向前向后傳播的速度相等，向前傳播的路程長些，故到達前壁的時刻晚些。由相對論原理可知，地面上人看到的車廂的長度比靜止時要短。即觀測到的宇航艙前后壁間距離小于2L。故答案為：不是；＜?！军c評】本題考查相對論中的長度的相對性問題，對于相對論內(nèi)容考綱要求為識記內(nèi)容，屬于記憶性的知識點，應牢記。四．計算題（共2小題）23．假如有一對孿生兄弟A和B，其中B乘坐速度為v＝0.9c的火箭飛往大角星（牧夫座α），而后又飛回地球。根據(jù)A在地球上的觀測，大角星離地球有36光年遠，這次B往返飛行經(jīng)歷時間為80年。如果B離開地球時，他們的年齡都為20歲，試問當B回到地球時，他們的年齡各有多大?！痉治觥扛鶕?jù)愛因斯坦的狹義相對論，空間距離是相對的，根據(jù)時間的相對性公式：△t＝列式求解即可?！窘獯稹拷猓涸O(shè)B在飛船慣性系中經(jīng)歷的時間為t′，根據(jù)相對論效應得：△t＝即為：80＝解得：t′＝34.9年所以B回到地球時的年齡為20歲+34.9歲＝54.9歲．A的年齡為20歲+80歲＝100歲．答：B回到地球時年齡為54.9歲，A的年齡為100歲【點評】本題關(guān)鍵明確時間間隔的相對性，記住公式△t＝是關(guān)鍵。24．一只裝有無線電發(fā)射和接收裝置的飛船，正以v＝c的速度飛離地球，當宇航員發(fā)射一無線電信號，信號經(jīng)地球反射，60s后宇航員才收到返回信號。（1）在地球反射信號的時刻，從飛船上測得的地球離飛船多遠？（2）當飛船接收到反射信號時，地球上測得飛船離地球多遠？【分析】（1）以飛船為參考系，則地球正在遠離飛船，從飛船發(fā)出的信號到達地球的時間與返回飛船的時間是相等的，由此即可求出；（2）以地球為參考系，則飛船正在遠離飛船，從飛船發(fā)出的信號到達地球的時間與返回飛船的時間是不相等的，由位移公式，結(jié)合相對論時間關(guān)系即可求出?！窘獯稹拷猓海?）以飛船為參考系，飛船不動，所以從飛船發(fā)出的信號到達地球的時間與返回飛船的時間是相等的，則信號到達地球的時間：s所以此時從飛船上測得的地球到飛船的距離：x＝m（2）設(shè)從地球上觀察，當飛船發(fā)出信號時，距離地球為x1，當飛船接收到反射信號時，飛船到地球的距離為x2．當飛船接收到反射信號時，地球上的過程中看到的時間為t，則：sx1+x2＝ct相對于地球的觀察者：x2﹣x1＝vt聯(lián)立得：＝m答：（1）在地球反射信號的時刻，從飛船上測得的地球離飛船9.0×109m；（2）當飛船接收到反射信號時，地球上測得飛船離地球2.7×1010m。【點評】該題考查勻速直線運動的位移與時間的關(guān)系，解答的關(guān)鍵是能正確理解相對論的光速不變原理，明確飛船上的觀察者觀察到的飛船是不動的，而是地球正在遠離飛船。相對論時空觀與牛頓力學的局限性知識點：相對論時空觀與牛頓力學的局限性一、相對論時空觀1.19世紀，英國物理學家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c.2.1887年邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符(填“相符”或“不符”).3.愛因斯坦假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.4.時間延緩效應(1)如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)Δt與Δτ的關(guān)系總有Δt＞Δτ，即物理過程的快慢(時間進程)與運動狀態(tài)有關(guān).(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)5.長度收縮效應：(1)如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).(2)l與l0的關(guān)系總有l(wèi)＜l0，即運動物體的長度(空間距離)跟物體的運動狀態(tài)有關(guān).(填“無關(guān)”或“有關(guān)”)二、牛頓力學的成就與局限性1.牛頓力學的成就：牛頓力學的基礎(chǔ)是牛頓運動定律，萬有引力定律的建立與應用更是確立了人們對牛頓力學的尊敬.2.牛頓力學局限性：牛頓力學的適用范圍是低速(填“高速”或“低速”)運動的宏觀(填“宏觀”或“微觀”)物體.(1)當物體以接近光速運動時，有些與牛頓力學的結(jié)論不相同.(2)電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運動不能用牛頓力學來說明.3.牛頓力學不會被新的科學成就所否定，當物體運動的速度遠小于光速c時，相對論物理學與牛頓力學的結(jié)論沒有區(qū)別.技巧點撥一、相對論時空觀1.低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動物體.(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速.2.相對論的兩個效應(1)時間延緩效應：運動時鐘會變慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)長度收縮效應：運動長度會收縮，即l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).3.對于低速運動的物體，相對論效應可以忽略不計，一般用經(jīng)典力學規(guī)律來處理；對于高速運動問題，經(jīng)典力學不再適用，需要用相對論知識來處理.二、牛頓力學的成就與局限性1.經(jīng)典力學的成就(1)經(jīng)典力學體系是時代的產(chǎn)物，是現(xiàn)代機械、土木建筑、交通運輸以至航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ).(2)經(jīng)典力學的思想方法對藝術(shù)、政治、哲學等社會科學領(lǐng)域也有巨大影響.2.經(jīng)典力學的局限性及適用范圍(1)經(jīng)典力學適用于低速運動的物體，相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律.(2)經(jīng)典力學適用于宏觀世界；量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律.3.相對論和量子力學沒有否定經(jīng)典力學(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與經(jīng)典物理學的結(jié)論沒有區(qū)別；(2)當?shù)慕Y(jié)論沒有區(qū)別.(3)相對論和量子力學并沒有否定經(jīng)典力學，經(jīng)典力學是二者在一定條件下的特殊情形例題精練1．（2021春?溫州期中）在下列運動中，牛頓運動定律可能不適用的是（）A．電子繞原子核運動 B．籃球被投出后在空中飛行 C．超音速飛機在高空飛行 D．地球繞太陽運動【分析】根據(jù)牛頓運動定律的適用范圍：（1）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；（2）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子；（3）參照系應為慣性系，即可求解．【解答】解：A、牛頓第二定律不適用于微觀原子，故A不適用；BCD、都是宏觀低速運動的物體（遠遠的小于光速），牛頓運動定律都適用，故BCD均適用。本題選擇不適用的，故選：A?！军c評】本題主要考查了牛頓運動定律的適用范圍，難度不大，屬于基礎(chǔ)題．2．（2021春?常熟市期中）如圖所示，慣性系S中有一邊長為1的立方體，從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上觀察，則該立方體的形狀是（）A． B． C． D．【分析】根據(jù)愛因斯坦相對論可知，沿著運動方向的距離會變短可分析得出答案?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)相對論效應可知，沿x軸方向正方體邊長縮短，而沿y軸方向正方形邊長沒有改變，則其形狀變成長方體，故D正確，ABC錯誤。故選：D?！军c評】本題考查愛因斯坦相對論，考查知識點有針對性，重點突出，充分考查了學生掌握知識與應用知識的能力。隨堂練習1．（2020秋?如皋市期末）下列說法正確的是（）A．牛頓是國際單位制中的基本單位 B．研究原子核結(jié)構(gòu)時，因原子核很小，可把原子核看作質(zhì)點 C．在鐵路的轉(zhuǎn)彎處，通常要求外軌比內(nèi)軌高，目的是減輕輪緣與軌道間的側(cè)向擠壓 D．“和諧號”動車組高速行駛時，在地面上測得的其車廂長度明顯變短【分析】在國際單位制中力學有三個基本單位：m、kg、s；根據(jù)物體看作質(zhì)點的條件判斷；根據(jù)向心力的來源分析；根據(jù)長度的相對性原理分析?！窘獯稹拷猓篈、在國際單位制中力學有三個基本單位：m、kg、s，根據(jù)牛頓第二定律F＝ma可知力的單位為：1N＝1kg?m/s2，可知牛頓為國際單位制中的導出單位，故A錯誤；B、在研究原子核結(jié)構(gòu)時，雖然原子核很小，但原子核的形狀與大小不能忽略不計，否則就沒有“結(jié)構(gòu)”，所以不能可把原子核看作質(zhì)點，故B錯誤；C、火車拐彎時做圓周運動，靠重力和支持力的合力提供向心力，彎道處設(shè)計成外軌高內(nèi)軌低，目的是減輕輪緣與軌道間的側(cè)向擠壓，故C正確；D、“和諧號”動車組高速行駛時，其速度遠遠小于光速，則不會出現(xiàn)沿車廂長度明顯變短的現(xiàn)象，故D錯誤。故選：C。【點評】該題考查單位制、向心力的應用以及長度的相對性等知識點的內(nèi)容，涉及的知識點較多，做好這一類的題目要靠平時的積累。2．（2020春?海淀區(qū)校級期末）一張正方形宣傳畫，邊長為5m，平行貼于鐵路旁的廣告牌上，如圖所示。假設(shè)一高速列車以0.6c速度駛過，在司機看來，宣傳畫是（）A．長4m、高5m的長方形 B．長6.25m、高5m的長方形 C．4m×4m的正方形 D．長5m、高4m的長方形【分析】狹義相對論有兩個顯著的效應，即鐘慢和尺縮．在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應，當速度接近光速時，尺子縮成一個點．根據(jù)相對論效應l＝，判斷宣傳畫的長度變化．【解答】解：一張正方形宣傳畫，邊長為5m，平行地貼于鐵路旁邊的墻上，一超高速列車以0.6c的速度接近此宣傳畫，根據(jù)相對論效應l＝＝司機測量時宣傳畫的長度變成4m，即圖形是長為4m，豎直方向無尺縮現(xiàn)象，故高度不變，高5m的，故A正確，BCD錯誤故選：A?！军c評】此題只要理解尺縮效應，理解尺縮效應是在沿速度的方向上就可以正確得出答案，3．（2020春?宿遷月考）如圖所示，a、b、c為三個完全相同的時鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且vb＜vc，則地面的觀察者認為走得最慢的鐘為（）A．a(chǎn) B．b C．c D．無法確定【分析】狹義相對論有兩個顯著的效應，即鐘慢和尺縮?？梢酝ㄋ椎睦斫鉃椋哼\動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了；在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應，當速度接近光速時，尺子縮成一個點?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)公式△t＝可知，相對于觀察者的速度v越大，其上的時間進程越慢，a放在地面上，在地面上的人看來，a鐘沒有變化。b、c兩鐘放在兩個火箭上，根據(jù)愛因斯坦相對論可知，b、c變慢，由于υb＜υc，c鐘比b鐘更慢，所以a鐘最快，c鐘最慢，故ABD錯誤，C正確。故選：C?！军c評】記住并理解狹義相對論的基本假設(shè)和幾個基本結(jié)論是解決此題的關(guān)鍵，掌握時間的相對性的公式即可。4．（2020春?鄭州月考）如圖所示，假設(shè)一根10cm長的梭鏢以接近光速穿過一根10cm長靜止的管子，它們的長度都是在靜止狀態(tài)下測量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過管子情況的是（）A．靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢 B．靜止的觀察者看到梭鏢變長，因此在某個位置，梭鏢從管子的兩端伸出來 C．靜止的觀察者看到兩者的收縮量相等，因此在某個位置，管子仍恰好遮住梭鏢 D．如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，則二者的相對速度是2c【分析】尺縮效應：在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，當速度接近光速時，尺子縮成一個點。【解答】解：ABC、根據(jù)狹義相對論的尺縮效應，梭鏢相對于靜止的觀察者高速運動，那么梭鏢收縮變短，而管子相對于靜止的觀察者是靜止的，那么管子長度不變，所以靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢，故A正確，BC錯誤；D、如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，根據(jù)相對論的原理可知則二者的相對速度是c，故D錯誤。故選：A?！军c評】此題考查狹義相對論的基本結(jié)論，熟記并理解它，可以解決所有關(guān)于狹義相對論的問題。綜合練習一．選擇題（共10小題）1．（2021春?雨花臺區(qū)校級月考）如圖所示，甲、乙兩人分別乘坐速度為0.6c和0.8c（c為真空中光速）的飛船反向運動，則下列說法正確的是（）A．甲、乙兩人相對速度為1.4c B．甲觀察到乙的身高變短了 C．甲觀察到乙所乘坐的飛船變短 D．甲觀察到乙所帶的鐘表顯示時間變快【分析】根據(jù)相對論速度變換公式可求甲乙兩人相對速度；因為身高方向與他們的運動方向垂直，所以兩人看到對方的身高不變；根據(jù)相對論的尺縮效應，甲觀察到乙所乘的飛船變短；根據(jù)相對論的鐘慢效應，可知甲觀察到乙所帶的鐘表顯示時間變慢。【解答】解：A、甲、乙兩人速度均相對于同一參考系，現(xiàn)以甲為參考系，則原參考系相對于甲以0.6c的速度向右運動，乙相對于原參考系以0.8c的速度向右運動，則甲、乙的相對速度v＝，故A錯誤。B、因為身高方向與他們的運動方向垂直，所以兩人看到對方的身高不變，故B錯誤。C、根據(jù)相對論的尺縮效應，甲觀察到乙所乘的飛船變短，故C正確。D、根據(jù)相對論的鐘慢效應，可知甲觀察到乙所帶的鐘表顯示時間變慢，故D錯誤。故選：C?！军c評】本題考查了狹義相對論的一些結(jié)論，需要同學們加強理解，加深記憶。2．（2021春?玄武區(qū)校級月考）A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度v1和v2朝同一方向飛行的兩個火箭上，且v1＜v2。地面上的觀察者認為走得最快的時鐘是（）A．A時鐘 B．B時鐘 C．C時鐘 D．無法確定【分析】狹義相對論有兩個顯著的效應，即鐘慢和尺縮．可以通俗的理解為：運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了；在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應，當速度接近光速時，尺子縮成一個點．【解答】解：根據(jù)公式△t＝可知，相對于觀察者的速度v越大，其上的時間進程越慢，C時鐘相對于觀察者的速度最大，所以C走的最慢．地面上的鐘A的速度v＝0，它所記錄的兩事件的時間間隔最大，即地面上的鐘走得最快，故A正確，BCD錯誤；故選：A?！军c評】記住并理解狹義相對論的基本假設(shè)和幾個基本結(jié)論是解決此題的關(guān)鍵，掌握時間的相對性的公式是解決本題的關(guān)鍵。3．（2019秋?閔行區(qū)期末）牛頓運動定律適用于（）A．宏觀物體的高速運動 B．宏觀物體的低速運動 C．微觀粒子的高速運動 D．微觀粒子的低速運動【分析】根據(jù)經(jīng)典力學的局限性分析，經(jīng)典力學的基礎(chǔ)是牛頓運動定律，在宏觀、低速的條件下適用?！窘獯稹拷猓航?jīng)典力學具有局限性，經(jīng)典力學的基礎(chǔ)是牛頓運動定律，牛頓運動定律只適用于宏觀物體的低速運動，微觀粒子的運動不適用，高速運動也不適用，故B正確，ACD錯誤。故選：B?！军c評】本題考查了牛頓運動定律的局限性，牢記內(nèi)容即可求解，難度不大。4．（2019秋?正安縣校級月考）廣東省虎門大橋全長近15km，在500m高空有一架與大橋平行勻速飛行的飛機，飛機上人員看到大橋的長度將是（）A．大于15km B．等于15km C．小于15km D．飛機飛行越快，大橋?qū)⒆兊迷介L【分析】狹義相對論效應有：“尺縮效應”，“運動延時效應”，“運動質(zhì)量變大效應”。由此分析解答即可。【解答】解：狹義相對論效應有：“尺縮效應”，在500m高空有一架與大橋平行勻速飛行的飛機，飛機上人員看到大橋的長度將是小于15km，故C正確，ABD錯誤。故選：C?！军c評】本題關(guān)鍵是關(guān)鍵明確狹義相對論的基本假設(shè)和常見的相對論效應，基礎(chǔ)問題。5．（2018秋?綿陽期末）在地面附近有一高速飛行的宇宙飛行器，地面上的人和宇宙飛行器中的宇航員觀察到的現(xiàn)象，正確的是（）A．地面上的人觀察到宇宙飛行器變短了 B．地面上的人觀察到宇宙飛行器變長了 C．宇航員觀察到宇宙飛行器內(nèi)的時鐘變慢了 D．宇航員觀察到宇宙飛行器內(nèi)的時鐘變快了【分析】由相對論效應分析飛船的時間和長度變化；當人和飛船之間有相對運動時，人觀察到的飛船長度會變短，時間會變慢?！窘獯稹拷猓篈B、根據(jù)愛因斯坦相對論可知，地面上的人觀察到飛船變短了，則A正確，B錯誤CD、運動是相對的，飛船上的人員觀察到飛船的長度不變而時間進程也不變。故CD錯誤。故選：A?！军c評】該題考查相對論的時間與長度的變化，解答本題要掌握相對論的基本原理，能分析時間和長度的變化?；A(chǔ)題目。6．（2021春?豐臺區(qū)期中）下列運動中，牛頓力學規(guī)律適用的是（）A．研究原子中電子的運動 B．高能粒子（速度較大）進一步加速 C．粒子接近光速的運動 D．嫦娥一號探月衛(wèi)星的運動【分析】根據(jù)牛頓運動定律的適用范圍：（1）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；（2）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子；（3）參照系應為慣性系?！窘獯稹拷猓号ｎD第二定律適用于宏觀低速的物體，不適用于微觀高速的物體，故只有嫦娥一號探月衛(wèi)星的運動，牛頓力學規(guī)律是適用的，其他三適均不適用，故D正確，ABC錯誤。故選：D?！军c評】本題主要考查了牛頓運動定律的適用范圍，牢記牛頓力學規(guī)律適用于宏觀低速物體即可。7．（2021春?玄武區(qū)校級月考）下列運動中不能用經(jīng)典力學規(guī)律描述的是（）A．子彈的飛行 B．粒子接近光速的運動 C．人造衛(wèi)星繞地球運動 D．和諧號從南通向上海飛馳【分析】經(jīng)典力學的適用范圍是宏觀、低速情形，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學．【解答】解：子彈的飛行、和諧號的運動及人造衛(wèi)星繞地球的運動，都屬于宏觀低速，經(jīng)典力學能適用，而粒子接近光速的運動，不能適用于經(jīng)典力學，故ACD錯誤，B正確；故選：B?！军c評】當物體的速度接近光速時，從相對論角度來說，時間延長、空間縮短、質(zhì)量增加，不能適用于經(jīng)典力學．8．（2020秋?嘉定區(qū)期末）經(jīng)典力學有一定的局限性。當物體以下列速度運動時，經(jīng)典力學不再適用的是（）A．2.5×10﹣1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s【分析】經(jīng)典力學只適用于宏觀低速運動的物體?！窘獯稹拷猓航?jīng)典力學只適用于宏觀低速，物體速度接近光速c＝3×108m/s時不再適用，故ABC錯誤，D正確。故選：D?！军c評】解答本題的關(guān)鍵是知道經(jīng)典力學只適用于宏觀低速運動的物體。9．（2015秋?海門市校級期中）如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v（v接近光速c）．地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離（）A．大于L B．等于L C．小于L D．不能確定【分析】根據(jù)長度的相對性即可判斷兩飛船間的距離．【解答】解：根據(jù)相對性長度的公式：L＝，L0為在相對靜止參考系中的長度，L為在相對運動參考系中的長度。地面上測得它們相距為L，是以地面為參考系，飛船的速度是v，二者相對是運動的；而A測得的長度是以飛船A為參考系，B相對于A是靜止的，屬于靜止參考系的長度L0，所以大于L。故選：A?！军c評】本題考查了相對論等知識點，難度不大，是高考的熱點問題，解答該題的關(guān)鍵是理解公式L＝中各個物理量的意義．10．（2020春?寧波期末）經(jīng)典力學有一定的局限性，下列情境中經(jīng)典力學不適用的是（）A．小朋友坐滑梯下滑 B．輪船在大海上航行 C．宇宙粒子接近光速運動 D．子彈在空中高速飛行【分析】根據(jù)牛頓運動定律的適用范圍進行分析，明確經(jīng)典力學的局限性即可正確分析求解?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)牛頓運動定律的適用范圍：（1）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）；（2）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀粒子；（3）參照系應為慣性系，則可知經(jīng)典力學不適用的是宇宙粒子接近光速飛行；而小朋友做滑梯、輪船航行以及子彈的高速飛行均符合以上三條，經(jīng)典力學可以適用，宇宙粒子接近光速運動，故C經(jīng)典力學不適用，ABD適用；本題選擇經(jīng)典力學不適用的，故選：C?！军c評】本題主要考查了經(jīng)典力學的適用范圍，只要記住即可，同時注意體會經(jīng)典力學的局限性。二．多選題（共8小題）11．（2020?江蘇一模）下列說法正確的是（）A．真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的 B．質(zhì)點做簡諧運動時，若位移為負值，加速度一定為正值，速度一定也為正值 C．不同色光通過三棱鏡，頻率越大，折射率越小，偏折角度就越小 D．醫(yī)學上用激光做“光刀”來進行手術(shù)，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特點【分析】根據(jù)光速不變原理分析A選項；根據(jù)加速度公式分析加速度，速度方向不確定；根據(jù)折射定律分析C選項；根據(jù)激光亮度高、能量大的特點分析D選項?！窘獯稹拷猓篈、根據(jù)光速不變原理，在狹義相對論中，無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數(shù)，不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變，故A正確；B、質(zhì)點做簡諧運動，位移為負值時，根據(jù)加速度公式，加速度一定為正值，速度可能為負值也可能為正值，故B錯誤；C、根據(jù)折射定律知，不同色光通過三棱鏡，光的頻率越大，折射率越大，在入射角相同的情況下偏折角度就越大，故C錯誤；D、激光的亮度高、能量大，醫(yī)學上常用激光做“光刀”來進行手術(shù)，故D正確。故選：AD?！军c評】本題主要是考查光速不變原理、簡諧振動、光的折射以及激光的特點等知識，牢固掌握課本的基本內(nèi)容是解答此類問題的關(guān)鍵。12．（2019秋?元江縣校級月考）20世紀以來，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實，而經(jīng)典力學卻無法解釋。經(jīng)典力學只適用于解決物體的低速運動問題，不能用來處理高速運動問題；只適用于宏觀物體，不適用于微觀粒子。這說明（）A．隨著認識的發(fā)展，經(jīng)典力學已成了過時的理論 B．人們對客觀事物的具體認識，在廣度上是有局限性的 C．不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律 D．人們應當不斷擴展認識，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律【分析】經(jīng)典力學有一定的局限性，經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速運動的物體，不適用于高速、微觀的物體?！窘獯稹拷猓篈、相對論和量子力學的出現(xiàn)，并沒有否定經(jīng)典力學，經(jīng)典力學是相對論和量子力學在低速、宏觀條件下的特殊情形。故A錯誤；B、人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實，而經(jīng)典力學卻無法解釋，說明人們對客觀事物的具體認識，在廣度上是有局限性的。故B正確；C、經(jīng)典力學有一定的局限性，經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速運動的物體，不適用于高速、微觀的物體；而相對論與量子力學的出現(xiàn)，適用于高速、微觀的物體，可以補充經(jīng)典力學的不足，說明不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律。故C正確；D、經(jīng)典力學到相對論的發(fā)展，說明了人們應當不斷擴展認識，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律。故D正確。故選：BCD?！军c評】掌握經(jīng)典力學和相對論與量子力學各自的適用范圍，明白兩者是互補的關(guān)系，并沒有相互替代的功能。13．（2019?淮安一模）下列說法正確的是（）A．受迫振動的頻率總等于振動系統(tǒng)的固有頻率 B．波長越長的電磁波越容易發(fā)生衍射 C．利用超聲波的多普勒效應，可測量心臟血液的流速 D．宇航員在相對地面高速運動的飛船里觀測到地面上的鐘走的較快【分析】受迫振動的頻率總等于策動力的頻率；波的波長越長，發(fā)生衍射現(xiàn)象越明顯，醫(yī)生利用超聲波的多普勒效應可以探測病人血管中血液的流速。宇航員在相對地面高速運動的飛船里觀測到地面上的鐘走的較慢?！窘獯稹拷猓篈、受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，則A錯誤B、電磁波的波長越長，發(fā)生衍射現(xiàn)象越明顯，則B正確C、多普勒效應是波特有的現(xiàn)象，醫(yī)生利用超聲波的多普勒效應可以探測病人血管中血液的流速。則C正確D、由公式：△t′＝△t宇航員在相對地面高速運動的飛船里觀測到地面上的鐘走的較慢，則D錯誤故選：BC?！军c評】該題考查的知識點比較多，要注重對知識的理解，平時多加積累。14．（2018秋?如皋市期末）下列說法正確的是（）A．可用超聲波被血液反射回來的發(fā)生變化的頻率測血液流速 B．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振幅與驅(qū)動力的頻率無關(guān) C．由于波長較短的光比波長較長的光更容易被大氣散射，故天空看起來是藍色的 D．一條運動的桿，其總長度比靜止時的長度小【分析】彩超利用多普勒效應原理：當間距變小時，接收頻率高于發(fā)出頻率，當間距變大時，接收頻率低于發(fā)出頻率；當驅(qū)動力的頻率與單擺的固有頻率相近時振幅大。波長較短的藍、靛、紫等色光，很容易被大氣中的微粒散射，使天空呈現(xiàn)蔚藍色相對論公式：l＝l0，可判斷長度?！窘獯稹拷猓篈、彩超利用多普勒效應原理：當間距變小時，接收頻率高于發(fā)出頻率，當間距變大時，接收頻率低于發(fā)出頻率，則A正確B、單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振幅與驅(qū)動力的頻率有關(guān)，當驅(qū)動力的頻率與單擺的固有頻率相近時振幅大，則B錯誤C、太陽光是由紅、澄、黃、綠、藍、靛、紫七種光組成，以紅光波長最長，紫光波長最短。波長比較長的紅光等色光透射性最大，能夠直接透過大氣中的微粒射向地面，而波長較短的藍、靛、紫等色光，很容易被大氣中的微粒散射，使天空呈現(xiàn)蔚藍色，則C正確D、由相對論公式：l＝l0，沿自身長度方向運動的桿其長度總比桿靜止時的長度小，但是若橫向運動，則長度不減小，則D錯誤故選：AC。【點評】考查電磁波在生活中的應用，明確各種現(xiàn)象的原理，記住相對論公式，并要注意其條件，內(nèi)容較多要注意平時多積累。15．（2018秋?山西期末）下列說法正確的是（）A．機械波和電磁波都能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象 B．海嘯發(fā)生后尚未到達海岸邊，沿海漁民沒有反應，但狗顯得煩噪不安，這是因為次聲波傳播速度比超聲波大 C．一質(zhì)點做簡諧運動，質(zhì)點每次通過同一位置時，其速度不一定相同，但加速度一定相同 D．光學鏡頭上的增透膜利用了光的干涉現(xiàn)象 E．在不同的慣性參考系中，光在真空中的速度都是不相同的【分析】干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象；狗能接受到次聲波，但人無法接受次聲波；簡諧運動中，質(zhì)點經(jīng)過同一位置，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現(xiàn)象，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的?！窘獯稹拷猓篈、干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，機械波和電磁波都能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故A正確。B、海嘯發(fā)生時，發(fā)出很強的次聲波，狗能接受到次聲波，但人無法接受次聲波，故B錯誤。C、做簡諧運動的質(zhì)點每次通過同一位置時，位移一定，回復力與加速度一定相同；速度有兩種可能的方向，速度不一定相同，故C正確。D、光學鏡頭表面涂上增透膜，以增強透射光的強度，是利用了光的薄膜干涉現(xiàn)象，故D正確。E、根據(jù)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。故E錯誤。故選：ACD?！军c評】該題考查波的幾種不同的現(xiàn)象以及光的干涉等，都屬于一些記憶性的知識點，在平時的學習中多加積累即可。16．（2019秋?如皋市月考）下列說法正確的是（）A．單縫衍射實驗中，縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越明顯 B．光纖通信，醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都利用了光的全反射原理 C．機械波傳播過程中，某質(zhì)點在一個周期內(nèi)向前移動一個波長的距離 D．地球上的人看來，接近光速運動的飛船中的時鐘變慢了【分析】縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越不明顯；當光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，且不小于臨界角，則一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象．質(zhì)點不會隨著波遷移．相對論導出了不同慣性系之間時間進度的關(guān)系：鐘慢效應．可以通俗的理解為，運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了．【解答】解：A、單縫衍射中，縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越不明顯，故A錯誤；B、光纖通信，醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都利用了光的全反射原理，故B正確；C、波在一個周期內(nèi)向前傳播的距離等于波長，并質(zhì)點不會隨波遷移，故C錯誤；D、根據(jù)狹義相對論的鐘慢效應可知，在地面上的觀測者看來，接近光速飛行的飛船中時鐘會變慢，故D正確。故選：BD。【點評】考查光的衍射、干涉的區(qū)別，掌握光的全反射條件，注意圓孔衍射與圓盤衍射的區(qū)別，及一切物體均放射經(jīng)外線，溫度是影響輻射的強弱因素．17．（2018?合肥三模）（1）下列說法正確的是（）（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）A．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關(guān) B．機械波傳播方向上各質(zhì)點的振動周期與波源的振動周期相同 C．能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸與波長相差不多或比波長小 D．黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因為黑洞巨大的引力使環(huán)繞其運動的物體速度超過了光速 E．地面上的人觀測到的一高速飛行的火箭長度要比火箭上的人觀測到的要短一些【分析】明確受迫振動的性質(zhì)，知道做受迫振動的物體其周期等于驅(qū)動力的頻率；質(zhì)點的振動周期由波源的振動周期決定；干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，當障礙物的尺寸與波長相比差不多，或比波長小，會發(fā)生明顯的衍射；黑洞表面物體的環(huán)繞速度要大于光速；明確相對論基本內(nèi)容，知道地面上的人觀測到的一高速飛行的火箭長度要比火箭上的人觀測到的要短一些?！窘獯稹拷猓篈、單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關(guān)，只與驅(qū)動力的頻率有關(guān)，故A正確；B、機械波傳播方向上各質(zhì)點的振動周期與波源的振動周期相同，故B正確；C、能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸與波長相差不多或比波長小，而波在任何條件下均可以發(fā)生衍射，故C錯誤；D、黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因為黑洞巨大的引力使環(huán)繞其表面運動的物體速度超過了光速，注意是表面，故D錯誤；E、根據(jù)相對論知識可知，地面上的人觀測到的一高速飛行的火箭長度要比火箭上的人觀測到的要短一些，故E正確。故選：ABE。【點評】本題考查受迫振動以及機械波的傳播；要明確受迫振動的性質(zhì)，知道驅(qū)動力的頻率與固有頻率之間的關(guān)系，同時掌握波的產(chǎn)生和波長的定義。18．（2017?南京三模）下列說法正確的是（）A．物體做受迫振動時的頻率、振幅都與其固有頻率無關(guān) B．波在傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點一個周期內(nèi)向前傳播的距離是一個波長 C．在接近光速離開地球的飛行器里的人認為，地球上人的新陳代謝變慢了 D．頻率越低的聲波，越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象【分析】物體做受迫振動的頻率與其固有頻率無關(guān)，等于驅(qū)動力頻率；在一個周期內(nèi)振動在介質(zhì)中傳播的距離等于波長．波長等于在波的傳播方向上任意兩個相鄰的振動狀態(tài)完全相同的兩質(zhì)點間距．波長越長，越容易發(fā)生明顯的衍射．【解答】解：A、物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力頻率，與其固有頻率無關(guān)；但當驅(qū)動力的頻率等于其固有周期時，振幅最大。故A錯誤；B、根據(jù)λ＝vT，可知在波的傳播方向上，波在一個周期內(nèi)向前傳播的距離是一個波長，但質(zhì)點只在其平衡位置附近做簡諧振動，并沒有向前傳播。故B錯誤；C、根據(jù)△t＝知，坐在高速離開地球的飛行器里的