人教版高中物理舉一反三-必修二7.5相對(duì)論的時(shí)空觀和牛頓定律的局限性（解析版）

7.5相對(duì)論的時(shí)空觀和牛頓定律的局限性解析版一、【相對(duì)論的時(shí)空觀和牛頓定律的局限性知識(shí)點(diǎn)梳理】絕對(duì)時(shí)空觀（牛頓力學(xué)時(shí)空觀）：時(shí)間與空間都是獨(dú)立的，完全沒有聯(lián)系。絕對(duì)時(shí)空觀適用對(duì)象：低速運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速。若高速運(yùn)動(dòng)，則應(yīng)用狹義相對(duì)論處理；宏觀物體：肉眼可見的物體就屬于宏觀物體。若微觀粒子，則應(yīng)用量子力學(xué)處理；弱引力物體：若強(qiáng)引力物體，則應(yīng)用廣義相對(duì)論處理。慣性系：參考系相對(duì)地面沒有加速度。非慣性系：參考系相對(duì)地面有加速度。愛因斯坦的兩個(gè)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。時(shí)間延緩效應(yīng)：長度收縮效應(yīng)（一種觀測效應(yīng)）：注：觀測變化是沿速度方向上的，垂直于運(yùn)動(dòng)方向上不發(fā)生長度收縮效應(yīng)。質(zhì)量變化：【相對(duì)論的時(shí)空觀和牛頓定律的局限性舉一反三】1．下列情況中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用的是（）A．研究原子中電子的運(yùn)動(dòng) B．研究神舟十六號(hào)飛船的發(fā)射速度C．研究地球繞太陽的運(yùn)動(dòng) D．研究一顆鉛球的投擲射程【答案】A【詳解】牛頓運(yùn)動(dòng)定律屬于經(jīng)典力學(xué)的研究范疇，適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，要注意到低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)于光速而言的，則可判定牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用于B、C、D中描述的運(yùn)動(dòng)，而A不適用。故選A。2．通過學(xué)習(xí)狹義相對(duì)論理論，可知下列說法正確的是（）A．牛頓力學(xué)在任何情況下都適用B．在所有的慣性參考系中，測得的真空中的光速相同C．在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律的形式都是不同的【答案】B【詳解】A．牛頓力學(xué)在宏觀低速下才適用，A錯(cuò)誤；B．根據(jù)光速不變原理，在任何慣性參考系中，測得的真空中的光速不變，B正確；C．在慣性參考系中，一切物理規(guī)律的形式都是相同的，C錯(cuò)誤。故選B。3．僅考慮狹義相對(duì)論效應(yīng)，在高速飛行的火箭里的時(shí)鐘走過10s，理論上在地面的觀測者測得的時(shí)間（）A．大于10s B．小于10s C．等于10s D．都有可能【答案】A【詳解】由愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀有由上述公式推理可知，所以在地面上觀察者測得的時(shí)間大于10s。故選A。4．下列說法正確的是()A．牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是牛頓力學(xué)B．牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中所有的問題D．牛頓力學(xué)可以解決自然界中所有的問題【答案】B【詳解】牛頓力學(xué)并不等于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)；牛頓力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題。沒有哪個(gè)理論可以解決自然界中所有的問題。故選B。5．以下說法正確的是（）A．物體在恒力作用下不可能做曲線運(yùn)動(dòng)B．萬有引力定律只適用于天體之間的相互作用C．物體在接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍然遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律D．天文學(xué)家根據(jù)萬有引力公式推算并預(yù)測海王星的存在【答案】D【詳解】A．物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是所受合力與初速度方向不在同一直線上，物體在恒力作用下可能做曲線運(yùn)動(dòng)，例如平拋運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B．自然界中任意兩個(gè)物體之間都存在萬有引力作用，萬有引力定律既適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力的計(jì)算，也適用于均質(zhì)球體間的相互作用力的計(jì)算，故B錯(cuò)誤；C．牛頓運(yùn)動(dòng)定律只適用于宏觀、低速、弱引力場中的物體，接近光速時(shí)不適用，故C錯(cuò)誤；D．天文學(xué)家根據(jù)萬有引力公式推算并預(yù)測海王星的存在，故D正確。故選D。6．牛頓定律的適用范圍是（）A．微觀物體、低速運(yùn)動(dòng) B．宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng)C．宏觀物體、高速運(yùn)動(dòng) D．微觀物體、高速運(yùn)動(dòng)【答案】B【詳解】牛頓定律的適用范圍是宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng)。故選B。7．物理學(xué)的發(fā)展豐富了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步，下列關(guān)于物理學(xué)家的貢獻(xiàn)正確的是（

）A．開普勒發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 B．牛頓測出了萬有引力常量C．愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對(duì)論 D．卡文迪什測出了靜電力常量【答案】C【詳解】A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B．卡文迪許測出了萬有引力常量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對(duì)論，選項(xiàng)C正確；

D．卡文迪什測出了萬有引力常量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。8．下列運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典的牛頓力學(xué)不再適用的是（）A．東湖綠道上騎行觀光的游客B．電子繞原子核高速運(yùn)動(dòng)C．人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)D．平直公路上行走的路人【答案】B【詳解】經(jīng)典的牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速的運(yùn)動(dòng)；故選B。9．如圖所示，假設(shè)一列火車沿水平軌道接近光速勻速行駛，車廂正中央的光源S發(fā)出了一個(gè)閃光，車上的人甲和車旁邊的人乙進(jìn)行觀察，則（）

A．甲認(rèn)為閃光先到達(dá)車廂的后壁B．甲認(rèn)為閃光先到達(dá)車廂的前壁C．乙認(rèn)為閃光先到達(dá)車廂的后壁D．乙認(rèn)為閃光先到達(dá)車廂的前壁【答案】C【詳解】AB．車廂是個(gè)慣性系，光源在車廂中央，車廂中的甲認(rèn)為，光向前向后傳播的速度、路程均相等，閃光同時(shí)到達(dá)前后兩壁，故AB錯(cuò)誤；CD．車旁邊的乙以地面為參考系，根據(jù)狹義相對(duì)論原理，光向前后傳播的速度相等，在閃光向兩壁運(yùn)動(dòng)的過程中，車廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的閃光傳播的路程長，到達(dá)前壁的時(shí)刻晚些，故C正確，D錯(cuò)誤。故選C。真空中光速為c。如圖為一車廂，向右作勻速直線運(yùn)動(dòng)，v=0.9c，車廂內(nèi)中心有一光源，上方有一個(gè)接收器，車廂內(nèi)可視為真空。

10．在地面上的觀察者看來，光源發(fā)出的閃光（）A．同時(shí)到達(dá)車廂前壁和后壁 B．先到達(dá)前壁C．不會(huì)到達(dá)前壁和后壁 D．先到達(dá)后壁11．發(fā)出閃光時(shí)，開始計(jì)時(shí)，待接收器接收后結(jié)束計(jì)時(shí)，車廂內(nèi)的人計(jì)時(shí)為t1，站在地面上的人計(jì)時(shí)為t2，則（）A．t1<t2 B．t1=t2 C．t1>t212．車廂內(nèi)的人測得車廂長為L，則地面上的人測得車廂長為（）A．L B． C．【答案】10．D11．A12．C【解析】10．對(duì)于地面上的觀察者來說，他以地面為參考系，因閃光向前、后傳播的速率對(duì)地面也是相同的，在閃光飛向兩璧的過程中，車廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些。他觀測到的結(jié)果應(yīng)該是：閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁。故選D。11．根據(jù)時(shí)間延緩效應(yīng)可知故選A。12．地面上的人測得車廂長為故選C。13．（多選）對(duì)于下列運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)適用的是（）A．粒子以接近光速的速度運(yùn)動(dòng) B．汽車在高速公路上快速行駛C．“嫦娥五號(hào)”探測器繞月球飛行 D．戰(zhàn)斗機(jī)從“遼寧號(hào)”航母上起飛【答案】BCD【詳解】經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速，不適用于微觀高速；A．粒子以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，是高速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)不適用，故A錯(cuò)誤；B．汽車在高速公路上快速行駛，是宏觀低速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)適用，故B正確；C．嫦娥五號(hào)探測器繞月球飛行，是宏觀低速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)適用，故C正確；D．戰(zhàn)斗機(jī)從遼寧號(hào)航母上起飛，是宏觀低速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)適用，故D正確。故選BCD。14．學(xué)習(xí)了廣義相對(duì)論后，某同學(xué)設(shè)想通過使空間站圍繞過環(huán)心并垂直于環(huán)面的中心軸旋轉(zhuǎn)，使空間站中的航天員獲得“人造重力”解決太空中長期失重的問題。

(1)（多選）廣義相對(duì)論的基本原理是（

）A．相對(duì)性原理 B．光速不變原理 C．等效原理 D．廣義相對(duì)性原理 E．質(zhì)能關(guān)系(2)如圖所示，空間站的環(huán)狀管道外側(cè)壁到轉(zhuǎn)軸的距離為r。航天員（可視為質(zhì)點(diǎn)）站在外側(cè)壁上隨著空間站做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了使其受到與在地球表面時(shí)相同大小的支持力，空間站的轉(zhuǎn)速應(yīng)為（地面重力加速度大小用g表示）。

【答案】(1)CD(2)【詳解】（1）廣義相對(duì)論的基本原理是廣義相對(duì)性原理、質(zhì)能關(guān)系。故選CD。（2）當(dāng)航天員隨空間站一起自轉(zhuǎn)且加速度為時(shí)，可以使其受到與在地球表面時(shí)相同大小的支持力，即有環(huán)形管道側(cè)壁對(duì)航天員的支持力提供航天員繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力，有得所以空間站的轉(zhuǎn)速應(yīng)為15．如圖所示，空間站相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)，地面上的觀察者測得地面上光源發(fā)出的光同時(shí)到達(dá)空間站的前端和后端，則空間站中的人測得光先到達(dá)空間站（選填“前端”或“后端”）；這兩束閃光相對(duì)空間站的速度（填“相等”或“不相等”）【答案】