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7.5相對論時空觀與經(jīng)典力學(xué)的局限性【三大題型】【人教版2019】TOC\o"1-3"\h\u【題型1認識經(jīng)典力學(xué)的成就和局限】 1【題型2理解狹義相對論的兩個基本假設(shè)】 2【題型3長度、速度和質(zhì)量相對性的理解】 4知識點1:對經(jīng)典力學(xué)的認識1.成就:經(jīng)典力學(xué)是以牛頓運動定律為核心的矢量力學(xué),有時也泛指描述低速、宏觀物體機械運動的經(jīng)典力學(xué)體系.經(jīng)典力學(xué)的建立標志著近代自然科學(xué)的誕生,形成了一個以實驗為基礎(chǔ),以數(shù)學(xué)為表達形式的力學(xué)科學(xué)體系.2.運用范圍:在弱引力的情況下,牛頓引力理論適用;在強引力的情況下,牛頓引力理論不再適用.低速運動的宏觀物體,經(jīng)典力學(xué)適用;而高速微觀領(lǐng)域,經(jīng)典力學(xué)不再適用,需要用相對論知識來處理.3.低速與高速:通常所見物體的運動皆為低速運動,如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等,速度可以與光速相接近的速度稱為高速.知識點2:對質(zhì)量和速度關(guān)系的認識質(zhì)量是物體的固有屬性,是相對不變的,這一結(jié)論成立的前提是物體做低速運動,但當物體的速度接近光速時,物體的運動質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m0可能存在較大差別.當物體運動的速度為v時,其運動質(zhì)量m=eq\f(m0,\r(1-\f(v2,c2))).【題型1認識經(jīng)典力學(xué)的成就和局限】【例1】關(guān)于經(jīng)典力學(xué)理論,下述說法中正確的是()A.經(jīng)典力學(xué)是過時和錯誤的B.經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速、弱引力場C.經(jīng)典力學(xué)認為時空是相對的D.經(jīng)典力學(xué)可以預(yù)言各種尺度下的運動【變式1-1】下列關(guān)于物理學(xué)家及其貢獻的說法正確的是()A.開普勒在牛頓的觀測記錄的基礎(chǔ)上,研究總結(jié)出了行星繞太陽運動的定律B.牛頓在前人的研究基礎(chǔ)上,總結(jié)出萬有引力定律,并測出了萬有引力常量C.牛頓運動定律有其局限性,僅適用于解決宏觀低速問題D.愛因斯坦提出的相對論否定了牛頓的萬有引力定律【變式1-2】下列關(guān)于力學(xué)發(fā)展的描述中符合物理學(xué)史實的是()A.相對論的提出否定了牛頓力學(xué)B.牛頓提出光速是自然界中速度的極限C.牛頓力學(xué)能適用微觀領(lǐng)域中的力學(xué)現(xiàn)象D.牛頓三大運動定律是經(jīng)典力學(xué)體系的基礎(chǔ)【變式1-3】在科學(xué)發(fā)展的歷程中,許多科學(xué)家做出了杰出的貢獻,下列敘述符合史實的是()A.第谷經(jīng)過多年的天文觀測,發(fā)現(xiàn)了行星繞太陽運動的軌道是橢圓B.牛頓力學(xué)適用于分析高速運動的μ子的壽命C.相對論的出現(xiàn)使經(jīng)典物理學(xué)在自己的適用范圍內(nèi)不再繼續(xù)發(fā)揮作用D.牛頓將行星與太陽、地球與月球、地球與地面物體之間的引力規(guī)律推廣到宇宙中的一切物體,得出了萬有引力定律【題型2理解狹義相對論的兩個基本假設(shè)】【例2】下列關(guān)于物理相關(guān)的常識說法正確的是()A.伽利略通過理想斜面實驗得出了“力是維持物體運動狀態(tài)的原因”的結(jié)論B.米、摩爾和千克都是國際單位制中的基本單位C.牛頓提出了萬有引力定律,并通過扭秤實驗測量出了引力常量GD.愛因斯坦的相對論否定了牛頓力學(xué)理論,成功地解決了宏觀物體的高速運動問題【變式2-1】愛因斯坦于1905年在德國《物理年鑒》發(fā)表了論文《論動體的電動力學(xué)》,論文首先提出狹義相對論。根據(jù)狹義相對論,下列說法正確的是()A.真空中的光速在不同慣性參考系中是不相同的B.物體在接近光速運動時,它沿運動方向上的長度會變短C.質(zhì)量的測量結(jié)果與物體相對觀察者的相對運動狀態(tài)無關(guān)D.狹義相對論徹底推翻了牛頓的經(jīng)典物理學(xué)【變式2-2】神舟十七號載人飛船與距離地面約的天宮空間站成功對接。變軌過程可簡化為如圖:飛船先從圓形軌道Ⅰ的A位置變軌到橢圓軌道Ⅱ,再從B位置變軌進入空間站所在的圓形軌道Ⅲ。假設(shè)空間站軌道半徑為r,地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g。下列說法正確的是()A.空間站內(nèi)的航天員處于“懸浮”狀態(tài)是因為他所受到合外力為零B.飛船沿橢圓軌道Ⅱ由A點到B點的時間為C.空間站的向心加速度大于赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度D.根據(jù)狹義相對論原理,在軌飛行的飛船中,航天員的手表變快了【變式2-3】1905年到1915年,愛因斯坦先后發(fā)表的狹義相對論和廣義相對論在20世紀改變了理論物理學(xué)和天文學(xué),取代了主要由牛頓創(chuàng)立的有200年歷史的力學(xué)理論。狹義相對論適用于基本粒子及其相互作用,描述了除引力以外的所有物理現(xiàn)象。廣義相對論解釋了引力定律及其與其他自然力的關(guān)系,適用于宇宙學(xué)和天體物理學(xué)領(lǐng)域,包括天文學(xué)。下列有關(guān)相對論的內(nèi)容,說法正確的是()A.狹義相對論的兩條基本假設(shè)是不確定關(guān)系與光速不變原理B.飛船以的速度航行,若飛船向正前方的某一星球發(fā)射激光,則該星球上的觀察者測量到的激光速度為C.由于相對論的提出,牛頓力學(xué)已經(jīng)失去了它的應(yīng)用價值D.已知子低速運動時的平均壽命是。當它以的速度飛行,若以地面為參考系,此時子的平均壽命變長【題型3長度、速度和質(zhì)量相對性的理解】【例3】如圖所示,地面上A、B兩處的中點處有一點光源S,甲觀察者站在光源旁,乙觀察者乘坐速度為v(接近光速)的火箭沿方向飛行,兩觀察者身邊各有一個事先在地面校準了的相同的時鐘,下列對相關(guān)現(xiàn)象的描述中,正確的是()A.甲測得的光速為c,乙測得的光速為B.甲認為飛船中的鐘變慢了,乙認為甲身邊的鐘變快了C.甲測得的間的距離小于乙測得的間的距離D.當光源S發(fā)生一次閃光后,甲認為A、B兩處同時接收到閃光,乙則認為B先接收到閃光【變式3-1】如圖所示,位于教室中央的光源發(fā)出一個閃光,閃光照到了教室的前壁和后壁。教室的長度為。在平行于教室高速運動的太空飛船上的觀察者()A.測得照到前壁的光速度小于cB.觀測到飛船上的時間進程比教室慢C.測得教室的長度小于D.觀察到光同時到達前、后壁【變式3-2】設(shè)想有一艘飛船以v=0.8c的速度在地球上空飛行,如果這時從飛船上沿其運動方向拋出一物體,該物體相對于飛船的
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