7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课件（备作业）-2021-2022学年高一物理同步备课系列（人教版2019 必修第二册）.zip

第1 页,共 4 页7.5 相对论的时空观与牛顿力学的局限性相对论的时空观与牛顿力学的局限性一、选择题一、选择题1关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（）A经典力学适用于微观高速运动的物体B尽管经典力学有局限性，可是生活中一般力学问题都用经典力学来解决C天宫二号速度很大，有关速度问题不能用经典力学来处理D经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体2下列说法正确的是（）A拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的波的频率会变小CX 射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官D相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态无关3在 1905 年爱因斯坦提出了狭义相对论理论，但此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下的观察到的不同现象，如果有接近光速运动下的物体时间和空间都会发生相应的变化，下列说法中正确的是（）A在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是不同的B真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的C物体在接近光速运动时，它的质量会变小D物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大4关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（）A相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学B相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的C牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射第2 页,共 4 页D经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例5关于物体的质量，下列说法不正确的是（）A在经典力学中，物体的质量是保持不变的B在经典力学中，物体的质量随物体的速度的变化而变化C在狭义相对论中，物体静止时的质量最小D在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大6相对于地球的速度为 v 的一飞船，要到离地球为 5 光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为 3 光年，则 v 应为（）ABCD2c35c910c45c7如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为 9m，教室中间位置有一光源。有一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为 c、飞行器中的飞行员认为（）A教室中的时钟变快B教室的长度大于 9mC从光源发出的光先到达教室后壁D光源发出的光，向后的速度小于 c8惯性系 S 中有一边长为 l 的正方形，从相对 S 系沿 x 方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )第3 页,共 4 页ABCD9.如图所示，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 方向接近光速行驶，当铁塔 B 发出一个闪光时，列车上的观察者看到 A、C 两铁塔被照亮的顺序是()A同时被照亮BA 先被照亮CC 先被照亮D无法判断10如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者 A 观察到钟的面积为 S，另一观察者 B 以 0.8c 的速度沿平行于 y 轴方向运动，观察到钟的面积为 S。则 S 和 S的大小关系是()ASSBSSCSSD无法判断二、非选择题二、非选择题11一长直杆在地面上静止不动时，经测量可知长直杆的长度为 、质量为，经计算可lm第4 页,共 4 页得该长直杆的线密度为（）。如果该长直杆沿杆的方向以速度 （ 接近光速 ）mlvvc运动时，长直杆的线密度为多大？如果该长直杆沿垂直于杆的方向以速度 运动时，长直v杆的线密度为多大？12研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的 273 倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为 或 ，若参考系中 介子处于静止，它们的平均寿命为 2.56108s，设 介子以 0.9c 的速率运动，求：(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；(3)该粒子运动时的动能。第1 页,共 8 页7.5 相对论的时空观与牛顿力学的局限性相对论的时空观与牛顿力学的局限性一、选择题一、选择题1关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（）A经典力学适用于微观高速运动的物体B尽管经典力学有局限性，可是生活中一般力学问题都用经典力学来解决C天宫二号速度很大，有关速度问题不能用经典力学来处理D经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体【答案】B【解析】经典力学适用范围是宏观低速的物体，对于微观高速不适用，高速指速度接近光速，所以对于一般的力学问题、火车速度问题，经典力学是适用的，故选 B。2下列说法正确的是（）A拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的波的频率会变小CX 射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官D相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态无关【答案】C【解析】A拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片用来滤掉部分反射光，使拍摄的物体更加清晰，A 错误；B当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的波的频率会变大，B 错误；CX 射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官，也就是 X 透视，C 正确；D相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态有关，D 错误。故选 C。3在 1905 年爱因斯坦提出了狭义相对论理论，但此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下的观察到的不同现象，如果有接近光速运动下的物体时间和空间都会第2 页,共 8 页发生相应的变化，下列说法中正确的是（）A在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是不同的B真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的C物体在接近光速运动时，它的质量会变小D物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大【答案】B【解析】A在不同的惯性参考系中，一切物体的规律都是相同的，所以 A 错误；B真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，所以 B 正确；C由相对论知其中为物体静止时的质量，所以当物体在接近光速运动时，0221mmvc0m它的质量会变大，所以 C 错误；D由相对论可知其中为物体相对静止的人的长度，则当物体在接近光速运2021vllc0l动时，它沿运动方向上的长度会变小，所以 D 错误。故选 B。4关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（）A相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学B相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的C牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射D经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例【答案】D【解析】A相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，故 A 错误；B根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故 B错误；C牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标第3 页,共 8 页准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故 C 错误；D经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学中，故 D 正确。故选 D。5关于物体的质量，下列说法不正确的是（）A在经典力学中，物体的质量是保持不变的B在经典力学中，物体的质量随物体的速度的变化而变化C在狭义相对论中，物体静止时的质量最小D在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大【答案】B【解析】AB在经典力学中，物体的质量是保持不变的，故 A 正确，B 错误；C在狭义相对论中，由于物体的速度 v 不可能达到光速 c，所以 vc，则1（）21vc根据m=021( )mvc可知 CD 正确。本题选不正确的，故选 B。6相对于地球的速度为 v 的一飞船，要到离地球为 5 光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为 3 光年，则 v 应为（）ABCD2c35c910c45c【答案】D第4 页,共 8 页【解析】根据距离的相对性公式，有2021vllc则有2201lvlc代入数据有220.61vc解得0.8vc故选 D。7如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为 9m，教室中间位置有一光源。有一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为 c、飞行器中的飞行员认为（）A教室中的时钟变快B教室的长度大于 9mC从光源发出的光先到达教室后壁D光源发出的光，向后的速度小于 c【答案】C【解析】AB根据爱因斯坦的相对论，可知飞行器中的飞行员认为看到教室中的时钟变慢，教室的长度变短，即长度小于 9m，选项 AB 错误；C教室中的人认为，光向前向后传播的速度相等，光源在教室中央，光同时到达前后两壁飞行器中的飞行员是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向后壁传播的路程短些，到达后壁的时刻早些，选项 C 正确。第5 页,共 8 页D根据光速不变原理，不论光源与观察者之间做怎样的相对运动，光速都是一样的，选项 D 错误；故选 C。8惯性系 S 中有一边长为 l 的正方形，从相对 S 系沿 x 方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )ABCD【答案】C【解析】由相对论知识 ll021vc得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变。故选 C。9.如图所示，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 方向接近光速行驶，当铁塔 B 发出一个闪光时，列车上的观察者看到 A、C 两铁塔被照亮的顺序是()A同时被照亮BA 先被照亮第6 页,共 8 页CC 先被照亮D无法判断【答案】C【解析】因列车沿 AC 方向接近光速行驶，故它靠近 C 远离 A，所以光由 B 出发后，C 的反射光先到达列车上的观察者，可知观察到 C 先被照亮，故 C 正确。10如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者 A 观察到钟的面积为 S，另一观察者 B 以 0.8c 的速度沿平行于 y 轴方向运动，观察到钟的面积为 S。则 S 和 S的大小关系是()ASSBSSCSSD无法判断【答案】C【解析】观察者 B 以 0.8 倍光速沿平行于 y 轴方向运动，根据狭义相对论的长度收缩效应可知，B 观察到的钟沿 y 轴方向的直径将减小，而沿 z 轴方向的直径不变，钟的面积比地面上静止的观察者观察到的面积要小，即 SS，故 A 正确。二、非选择题二、非选择题11一长直杆在地面上静止不动时，经测量可知长直杆的长度为 、质量为，经计算可lm得该长直杆的线密度为（）。如果该长直杆沿杆的方向以速度 （ 接近光速 ）mlvvc运动时，长直杆的线密度为多大？如果该长直杆沿垂直于杆的方向以速度 运动时，长直v杆的线密度为多大？【答案】221-1-vvcc【解析】当长直杆沿杆的方向运动时第7 页,共 8 页21mmvc 21vllc 则21mlvc 当 的方向和杆垂直时v21mmvc ll 则21mlvc 12研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的 273 倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为 或 ，若参考系中 介子处于静止，它们的平均寿命为 2.56108s，设 介子以 0.9c 的速率运动，求：(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；(3)该粒子运动时的动能。【答案】(1)5.87108s；(2)15.85m；(3)2.891011J【解析】(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为 2.56108s，而此时实验室中观测到的寿命 应比 大，满足第8 页,共 8 页s5.87108s21 ( )rc822.56 101 0.9(2)平均距离dv0.931085.87108m15.85m(3)粒子的静止质量m02739.11031kg2.481028kg粒子的动能为Ekmc2m0c2（m0）c23.21102891016J2.891011J021( )mvc