2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性2教案新人教版必修2

PAGE1-相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性1．了解牛頓力學(xué)時(shí)空觀，初步了解相對(duì)論時(shí)空觀。2．了解時(shí)間延緩效應(yīng)和長度收縮效應(yīng)。3．相識(shí)牛頓力學(xué)的成就和局限性。1.相對(duì)論時(shí)空觀(1)肯定時(shí)空觀：時(shí)間與空間都是eq\o(□,\s\up3(01))獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的，也叫eq\o(□,\s\up3(02))牛頓力學(xué)時(shí)空觀。(2)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eq\o(□,\s\up3(03))相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是eq\o(□,\s\up3(04))相同的。(3)同時(shí)的相對(duì)性：依據(jù)愛因斯坦的假設(shè)，假如兩個(gè)事務(wù)在一個(gè)參考系中是同時(shí)的，但在另一個(gè)參考系中eq\o(□,\s\up3(05))不肯定是同時(shí)的。(4)愛因斯坦假設(shè)的結(jié)果①時(shí)間延緩效應(yīng)假如相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人視察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ，地面上的人視察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝eq\o(□,\s\up3(06))eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))，由于1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2<1，所以總有Δteq\o(□,\s\up3(07))>Δτ。②長度收縮效應(yīng)假如與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)的人測(cè)得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝eq\o(□,\s\up3(08))l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)，由于1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2<1，所以總有l(wèi)eq\o(□,\s\up3(09))<l0。(5)相對(duì)論時(shí)空觀：運(yùn)動(dòng)物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的eq\o(□,\s\up3(10))運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。2．牛頓力學(xué)的成就與局限性(1)牛頓力學(xué)的成就牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是eq\o(□,\s\up3(11))牛頓運(yùn)動(dòng)定律。牛頓力學(xué)在eq\o(□,\s\up3(12))宏觀、eq\o(□,\s\up3(13))低速的廣袤領(lǐng)域里與實(shí)際相符，顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力。(2)牛頓力學(xué)的局限性①物體在以接近eq\o(□,\s\up3(14))光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律，有些是與牛頓力學(xué)的結(jié)論并不相同的。②電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，同時(shí)還具有eq\o(□,\s\up3(15))波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在許多狀況下不能用牛頓力學(xué)來說明，而eq\o(□,\s\up3(16))量子力學(xué)能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。③基于試驗(yàn)檢驗(yàn)的牛頓力學(xué)不會(huì)被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件下的eq\o(□,\s\up3(17))特別情形，被包括在新的科學(xué)成就之中。當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度eq\o(□,\s\up3(18))遠(yuǎn)小于光速c時(shí)，eq\o(□,\s\up3(19))相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽視不計(jì)時(shí)，eq\o(□,\s\up3(20))量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分。相對(duì)論與量子力學(xué)都沒有否定過去的科學(xué)，而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在eq\o(□,\s\up3(21))肯定條件下的特別情形。判一判(1)原子的運(yùn)動(dòng)能用牛頓力學(xué)描述。()(2)長度收縮效應(yīng)是指物體的實(shí)際長度變短了。()提示：(1)×原子是微觀粒子，不能用牛頓力學(xué)描述，要用量子力學(xué)描述。(2)×長度收縮效應(yīng)是因?yàn)橄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)引起的觀測(cè)效應(yīng)，實(shí)際長度不變。想一想洲際導(dǎo)彈的飛行速度可達(dá)6000m/s，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3×104m/s，這兩個(gè)速度在相對(duì)論中屬于高速還是低速？提示：相對(duì)論中的高速是可以與光速相比擬的速度，6000m/s、3×104m/s的速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，都屬于相對(duì)論中的低速。課堂任務(wù)相對(duì)論時(shí)空觀細(xì)致視察下列圖片，細(xì)致參加“師生互動(dòng)”?；顒?dòng)1：如圖甲，飛機(jī)勻速飛行，封閉機(jī)艙中的人能用拋球的力學(xué)試驗(yàn)推斷飛機(jī)相對(duì)于地面的速度嗎？地面參考系和飛機(jī)參考系的力學(xué)規(guī)律相同嗎？提示：假設(shè)人豎直上拋小球，小球的運(yùn)動(dòng)遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律，不能從這個(gè)試驗(yàn)推斷飛機(jī)相對(duì)于地面的速度。要推斷相對(duì)速度，可以透過窗戶觀測(cè)云朵等參照物。以飛機(jī)為參考系，小球做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，以地面為參考系，小球做斜上拋運(yùn)動(dòng)，水平方向的分速度就是飛機(jī)相對(duì)地面的速度?？梢姡徽撛谀膫€(gè)參考系中，小球都在重力的作用下，遵從牛頓其次定律做拋體運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡的描述不同是因?yàn)楦鲄⒖枷甸g的相對(duì)速度，但力學(xué)規(guī)律在兩個(gè)參考系中是相同的。活動(dòng)2：如圖乙所示，火車以0.9倍的光速(即v＝0.9c)行駛，一個(gè)人相對(duì)火車用手電筒向前進(jìn)方向上照耀，你在地面上視察，這束光的速度是多少？提示：依據(jù)牛頓力學(xué)中的速度合成法則，在火車上視察，這束光的速度為c，則其相對(duì)地面的速度為v＋c＝1.9c。但邁克耳孫—莫雷試驗(yàn)及其他一些試驗(yàn)都表明：在不同的參考系中，光的速度都是一樣的。所以圖乙中從地面上視察，這束光的速度仍是c?；顒?dòng)3：探討、溝通、展示、得出結(jié)論。在牛頓力學(xué)理論與電磁波理論的沖突與沖突面前，一些物理學(xué)家仍堅(jiān)持原有理論的基礎(chǔ)觀念，進(jìn)行一些修補(bǔ)的工作，而愛因斯坦、龐加萊等人則主見徹底放棄某些與試驗(yàn)和觀測(cè)不符的觀念，如肯定時(shí)間的概念，提出能夠更好地說明試驗(yàn)事實(shí)的假設(shè)。愛因斯坦假設(shè)：(1)在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的。(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。在愛因斯坦假設(shè)的基礎(chǔ)上，可得出“同時(shí)”的相對(duì)性、時(shí)間延緩效應(yīng)、長度收縮效應(yīng)等結(jié)論。1．“同時(shí)”的相對(duì)性假設(shè)一列火車在沿平直軌道飛速地勻速行駛。車廂中心的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的視察者以車廂為參考系，因?yàn)檐噹莻€(gè)慣性系，光向前、后傳播的速率相同，光源又在車廂的中心，閃光當(dāng)然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁(圖甲)。對(duì)于車下的視察者來說，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，在閃光飛向兩壁的過程中，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(cè)到的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是：閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁。因此，這兩個(gè)事務(wù)不是同時(shí)發(fā)生的。2．對(duì)時(shí)間延緩、長度收縮效應(yīng)的理解(1)Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))表明Δt>Δτ，即時(shí)間間隔變長，時(shí)鐘變慢。非但如此，慣性系中的一切物理、化學(xué)和生命過程都變慢了。這種時(shí)間的變更是相對(duì)的，假如兩個(gè)視察者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，他們都會(huì)認(rèn)為對(duì)方所在參考系的時(shí)間變慢了。(2)對(duì)于l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))，只適用于沿桿的運(yùn)動(dòng)方向上。在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長度沒有變更。這種長度的變更是相對(duì)的，假如兩條平行的桿沿長度方向做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與它們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀測(cè)者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿縮短了。(3)時(shí)間間隔、長度的變更都是由于物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的一種觀測(cè)效應(yīng)，它與所選的參考系有關(guān)，而物體本身的結(jié)構(gòu)并沒有變更。3．相對(duì)論時(shí)空觀經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的，這種肯定時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。時(shí)間延緩效應(yīng)和長度收縮效應(yīng)表明：運(yùn)動(dòng)物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，這個(gè)結(jié)論具有革命性的意義，它所反映的時(shí)空觀稱作相對(duì)論時(shí)空間。高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長這一現(xiàn)象，用經(jīng)典理論無法說明，用相對(duì)論時(shí)空觀可得到很好的說明。這一探討結(jié)果成了相對(duì)論時(shí)空觀的最早證據(jù)。相對(duì)論時(shí)空觀的第一次宏觀驗(yàn)證(銫原子鐘試驗(yàn))是在1971年進(jìn)行的。試驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好。例1在靜止系中的立方體每邊長L0，另一坐標(biāo)系以相對(duì)速度v平行于立方體的一邊運(yùn)動(dòng)。問在后一坐標(biāo)系中的視察者測(cè)得的立方體體積是多少？(1)立方體運(yùn)動(dòng)時(shí)其每邊的長度都縮短嗎？提示：長度只沿運(yùn)動(dòng)方向縮短，垂直于運(yùn)動(dòng)的方向上長度不變。(2)當(dāng)發(fā)生尺縮效應(yīng)時(shí)如何計(jì)算其長度？提示：l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))。[規(guī)范解答]本題中坐標(biāo)系相對(duì)于立方體以速度v運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向與一條邊平行，則在該坐標(biāo)系中視察者測(cè)得該條邊的長度為L＝L0eq\r(1－\f(v2,c2))。測(cè)得立方體的體積為V＝Leq\o\al(2,0)L＝Leq\o\al(3,0)eq\r(1－\f(v2,c2))。[完備答案]Leq\o\al(3,0)eq\r(1－\f(v2,c2))應(yīng)用相對(duì)論“效應(yīng)”解題的一般步驟首先，通過審題確定探討對(duì)象及探討對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度。其次，明確求解的問題，即明確求解靜止參考系中的視察結(jié)果，還是運(yùn)動(dòng)參考系中的視察結(jié)果。最終，應(yīng)用“長度收縮效應(yīng)公式”或“時(shí)間延緩效應(yīng)公式”進(jìn)行計(jì)算。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])在量子力學(xué)中，π介子和質(zhì)子在特定條件發(fā)生碰撞，并發(fā)生反應(yīng)，能產(chǎn)生新粒子K0，而新粒子K0的固有壽命很短，當(dāng)新粒子K0在空氣中運(yùn)行的距離為d＝0.1m時(shí)，新粒子K0就發(fā)生衰變，生成兩個(gè)帶等量異號(hào)電荷的π介子。假如生成的新粒子K0的速度大小為v＝2.24×108m/s，求新粒子K0的固有壽命。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案3×10－10s解析在試驗(yàn)室中測(cè)得的粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間間隔為Δt＝eq\f(d,v)依據(jù)Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v2,c2)))得Δτ＝Δteq\r(1－\f(v2,c2))＝eq\f(0.1,2.24×108)×eq\r(1－\f(2.24×1082,3.0×1082))s≈3×10－10s。課堂任務(wù)牛頓力學(xué)的成就與局限性細(xì)致視察下列圖片，細(xì)致參加“師生互動(dòng)”?；顒?dòng)1：如圖甲(a)，相比于真空中的光速，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度屬于低速還是高速？可以用牛頓力學(xué)分析行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律嗎？提示：低速，可以。活動(dòng)2：如圖甲(b)中c是光速，m是粒子加速器中質(zhì)子的質(zhì)量，質(zhì)量隨速度變更的現(xiàn)象可以用牛頓力學(xué)說明嗎？提示：不行以。活動(dòng)3：圖乙(b)電子穿過鋁箔形成的圖案與圖乙(a)光波經(jīng)過圓盤形成的圖案很相像，可以用牛頓力學(xué)說明嗎？提示：不行以?；顒?dòng)4：探討、溝通、展示，得出結(jié)論。由活動(dòng)1和活動(dòng)2以及前面的學(xué)習(xí)可知，牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)和宏觀世界，不能說明高速運(yùn)動(dòng)和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)。1．這里的低速是指遠(yuǎn)小于光速，通常所見物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車、放射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)。有些微觀粒子在肯定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)問題，一般用牛頓力學(xué)來處理。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)問題，牛頓力學(xué)已不再適用，須要用相對(duì)論學(xué)問來處理。2．對(duì)于微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，一般用量子力學(xué)描述。3．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)(c＝3×108m/s)，相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽視不計(jì)時(shí)(h＝6.63×10－34J·s)，量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分。相對(duì)論與量子力學(xué)都沒有否定過去的科學(xué)，而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在肯定條件下的特別情形。例2(多選)以下說法正確的是()A．牛頓力學(xué)普遍適用，大到天體，小到微觀粒子均適用B．牛頓力學(xué)的成立具有肯定的局限性C．依據(jù)牛頓力學(xué)，物體的長度不隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變更而變更D．相對(duì)論與量子力學(xué)否定了牛頓力學(xué)(1)牛頓力學(xué)的適用范圍：適用于________物體，適用于________運(yùn)動(dòng)。提示：宏觀低速(2)量子力學(xué)和相對(duì)論否定了牛頓力學(xué)嗎？提示：沒有。牛頓力學(xué)是相對(duì)論和量子力學(xué)在某些條件下的特別情形。[規(guī)范解答]牛頓力學(xué)只適用于宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng)，具有肯定的局限性，A錯(cuò)誤，B正確。牛頓力學(xué)的時(shí)空觀為肯定時(shí)空觀，認(rèn)為空間是肯定的，獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的，物體的長度不隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變更而變更，C正確。相對(duì)論和量子力學(xué)并沒有否定牛頓力學(xué)，而是認(rèn)為牛頓力學(xué)是相對(duì)論、量子力學(xué)在某些條件下的特別情形，D錯(cuò)誤。[完備答案]BC如何解答牛頓力學(xué)局限性問題解答牛頓力學(xué)的局限性問題時(shí)，應(yīng)在理解的基礎(chǔ)上記憶牛頓力學(xué)的成就和適用范圍，以及牛頓力學(xué)與相對(duì)論和量子力學(xué)的關(guān)系。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])(多選)20世紀(jì)以來，人們發(fā)覺了一些新的事實(shí)，而牛頓力學(xué)卻無法說明。牛頓力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來處理高速運(yùn)動(dòng)問題，只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子。這說明()A．隨著相識(shí)的發(fā)展，牛頓力學(xué)已成了過時(shí)的理論B．人們對(duì)客觀事物的詳細(xì)相識(shí)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(yīng)當(dāng)不斷擴(kuò)展相識(shí)，在更廣袤的領(lǐng)域內(nèi)駕馭不同事物的本質(zhì)與規(guī)律答案BCD解析人們對(duì)客觀世界的相識(shí)要受到所處的時(shí)代的客觀條件和科學(xué)水平的制約，所以形成的看法具有肯定的局限性，人們只有不斷擴(kuò)展自己的相識(shí)，才能駕馭更廣袤領(lǐng)域內(nèi)的不同事物的本質(zhì)與規(guī)律。新的科學(xué)的誕生并不意味著對(duì)原來科學(xué)的全盤否定，而是認(rèn)為過去的科學(xué)是新的科學(xué)在某些條件下的特別情形。A錯(cuò)誤，B、C、D正確。A組：合格性水平訓(xùn)練1．(牛頓力學(xué)的局限性)牛頓力學(xué)不適用于下列哪些狀況()A．探討原子中電子的運(yùn)動(dòng)B．探討“神舟十一號(hào)”飛船的高速放射C．探討地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)D．探討飛機(jī)從北京飛往紐約的航線答案A解析牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，這里低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)于光速，可判定牛頓力學(xué)適用于B、C、D中描述的運(yùn)動(dòng)，而不適用A中的狀況。2．(光速不變?cè)?(多選)光在真空中的速度為c，假如某飛船在以0.5c的速度向某一星球飛行時(shí)，發(fā)出一光信號(hào)提示該星球上的人。假設(shè)全部的星球均相對(duì)靜止，則下列說法正確的是()A．該星球上的人觀測(cè)到的光信號(hào)的速度為1.5cB．該星球上的人觀測(cè)到的光信號(hào)的速度為cC．地球上的人觀測(cè)到的光信號(hào)的速度為cD．飛船正后方的某星球上的人觀測(cè)到的光信號(hào)的速度為0.5c答案BC解析依據(jù)相對(duì)論，真空中的光速相對(duì)于不同的慣性參考系是相同的，都是c，B、C正確，A、D錯(cuò)誤。3．(牛頓力學(xué)的局限性)下列說法中正確的是()A．牛頓力學(xué)適用于任何狀況下的任何物體B．相對(duì)論只適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體C．量子力學(xué)能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律D．牛頓力學(xué)也適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)答案C解析牛頓力學(xué)只適用于宏觀、低速的狀況，故A錯(cuò)誤；相對(duì)論既適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體，又適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體，故B錯(cuò)誤；量子力學(xué)能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，故C正確；牛頓力學(xué)只適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是不適用的，故D錯(cuò)誤。4．(相對(duì)論及相對(duì)論時(shí)空觀)(多選)對(duì)相對(duì)論的理解正確的是()A．在不同慣性系中，物理規(guī)律的形式可能是不同的B．在不同慣性系中，光在真空中任何方向的傳播速度均相同C．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為運(yùn)動(dòng)物體的長度與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)D．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為物理過程的快慢與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)答案BD解析依據(jù)相對(duì)論的兩條假說，在不同的慣性系中，物理規(guī)律的形式都是相同的，在不同慣性系中，光在真空中任何方向的傳播速度都相等，A錯(cuò)誤，B正確；依據(jù)相對(duì)論時(shí)空觀可知C錯(cuò)誤，D正確。5．(長度收縮效應(yīng))慣性系S中有一邊長為l的正方形。從相對(duì)S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測(cè)得此正方形的形態(tài)應(yīng)是()答案C解析依據(jù)相對(duì)論，在飛行器上視察，正方形沿x方向上會(huì)出現(xiàn)長度收縮效應(yīng)，而在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上則不會(huì)出現(xiàn)長度收縮效應(yīng)，故C正確。6．(綜合)甲、乙兩人站在地面上時(shí)身高都是L0，甲、乙分別乘坐速度為0.6c和0.8c(c為光速)的飛船同向運(yùn)動(dòng)，如圖所示。此時(shí)乙視察到甲的身高L________L0；若甲向乙揮手，動(dòng)作時(shí)間為t0，乙視察到甲動(dòng)作時(shí)間為t1，則t1________t0。(均填“>”“＝”或“<”)答案＝>解析在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上視察長度不變，則有L＝L0；依據(jù)相對(duì)論的時(shí)間延緩效應(yīng)可知，乙視察到甲的動(dòng)作時(shí)間變長，即t1>t0。7．(時(shí)間延緩效應(yīng))探討高空宇宙射線時(shí)，發(fā)覺了一種不穩(wěn)定的粒子，稱為介子，質(zhì)量約為電子質(zhì)量的273倍，它帶有一個(gè)電子電荷量的正電荷或負(fù)電荷，稱為π＋或π－。若參考系中π±介子處于靜止，它們的平均壽命為τ＝2.56×10－8s，設(shè)π±介子以0.9c的速率運(yùn)動(dòng)，電子的質(zhì)量為9.1×10－31kg，求：(1)在試驗(yàn)室參考系中觀測(cè)到該粒子的平均壽命；(2)在試驗(yàn)室參考系中觀測(cè)到該粒子運(yùn)動(dòng)的平均距離。答案(1)5.87×10－8s(2)15.849m解析(1)粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在和粒子相對(duì)靜止的參考系中，粒子的壽命仍為τ＝2.56×10－8s，而在試驗(yàn)室中視察到的壽命t應(yīng)比τ大，t＝eq\f(τ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))＝eq\f(2.56×10－8,\r(1－0.92))s≈5.87×10－8s。(2)平均距離d＝vt＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.849m。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練8．(牛頓力學(xué)的局限性)(多選)關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說法中正確的是()A．相對(duì)論和牛頓力學(xué)是相互對(duì)立的兩種理論B．在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)聽從相對(duì)論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)聽從牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．牛頓力學(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，牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的答案BC解析相對(duì)論并沒有否定牛頓力學(xué)，而是認(rèn)為牛頓力學(xué)是相對(duì)論在肯定條件下的特別情形，A錯(cuò)誤；牛頓力學(xué)適用于宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于微觀粒子和高速運(yùn)動(dòng)問題，牛頓力學(xué)不再適用，但量子力學(xué)、相對(duì)論分別適用，B、C正確，D錯(cuò)誤。9．(綜合問題)下列說法中正確的是()A．在高速運(yùn)動(dòng)的火車車廂中心，光源同時(shí)向車廂前后兩壁發(fā)出了一個(gè)閃光，地面上的人看到閃光同時(shí)到車廂的前后壁B．在任何慣性參考系中，物體的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過光速C．一條沿自身長度方向高速運(yùn)動(dòng)的桿，其長度總比桿靜止時(shí)的長度大D．同樣的兩個(gè)事務(wù)，在不同的參考系中觀測(cè)，時(shí)間間隔都相同答案B解析依據(jù)同時(shí)的相對(duì)性，火車上的人會(huì)看到兩個(gè)閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前后壁，而地面上的人會(huì)看到閃光先到達(dá)車廂的后壁(相對(duì)火車運(yùn)動(dòng)方向而言)，后到達(dá)前壁，A錯(cuò)誤；依據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論可知，任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過光速，B正確；考慮相對(duì)論效應(yīng)，依據(jù)長度與速度關(guān)系公式l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)，沿自身長度方向高速運(yùn)動(dòng)的桿長度總比靜止時(shí)的長度短，C錯(cuò)誤；由相對(duì)論的基本公式Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v2,c2)))，可知時(shí)間間隔與參考系有關(guān)，D錯(cuò)誤。10．(時(shí)間延緩效應(yīng))如圖所示，有三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，時(shí)鐘A放在地面上，時(shí)鐘B、C分別放在兩個(gè)火箭上，兩個(gè)火箭分別以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB<vC。對(duì)于地面上的視察者來說，以下說法中正確的是()A．時(shí)鐘A走得最慢 B．