7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性——2025-2026学年高一物理必修二（2019人教版）同步讲练（原卷版+解析版）

中小学教育资源及组卷应用平台 7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 1. 知道爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。 2. 知道时间延缓效应和长度收缩效应、知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3. 知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。 知识点一：绝对时空观 1. 研究对象的特点 (1)低速运动：运动速度远小于光速。如射出的子弹跟光速相比也属于低速。 (2)宏观物体：肉眼可见的物体就属于宏观物体。 我们通常所接触的物体都是宏观物体，所接触的运动都属于低速运动，牛顿运动定律适用于低速、宏观物体的运动。 2. 绝对时空观———牛顿力学时空观 绝对时空观认为时间和空间是两个独立的概念，彼此之间没有联系。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参考系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参考系中观察到的运动学量是不变的。 3. 惯性系和非惯性系 (1)惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性参考系，简称惯性系。一切相对于惯性系做匀速直线运动或者静止的参考系也是惯性系。 (2)非惯性系：相对于惯性系做加速运动的参考系称为非惯性系。任何一个相对地面具有加速度的物体都可以被当作非性系，牛顿运动定律对非惯性系不成立。 知识点二：相对论时空观 1．狭义相对论的两个基本假设 （1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 2. 时间延缓效成 如果相对于地面以速度v运动的惯性参考系中的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为，那么两者间的关系：，由于，所以总有，此种情况称为时间延缓效应。 时间延缓效应的核心是：观察某个过程所用的时间时，静止在地面上观察所用时间比在高速运动物体上观察所用时间长。 3. 长度收缩效应 如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是：，由于，所以总有，此种情况称为长度收缩效应。 （1）长度收缩效应的核心是：测量某物体的长度时，在高速运动物体上所测物体的长度比静止在地面上所测物体的长度短; （2）只要两者有相对速度，观察者都会看到长度收缩效应。 4. 经典力学与相对论的比较 项目 经典力学 相对论 适用范围 低速运动，宏观世界 任何情况都使用 速度的合成 遵守平行四边形法则 不遵守平行四边形法则 速度对质量的影响 质量不变 质量随其速度的增大而变大 速度对时间的影响 无影响 时间延缓效应 速度对长度的影响 无影响 长度收缩效应 联系 以下两种情况，相对论与经典力学的结论没有区别 ①物体的速度远小于光速c(3x108m/s)时; ②普朗克常量(6.63×10-34J·s)可以忽略不计时 知识点三：牛顿力学的成就与局限性 1、牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到天体的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从牛顿力学的规律。 2、牛顿力学的局限性：牛顿力学对于高速运动的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。 3、量子力学的建立能够很好地描述宏观低速运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 4、相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。 知识点四：宇宙起源与恒星的演化 1、宇宙起源（宇宙大爆炸理论） （1）宇宙大爆炸理论是目前广泛接受的宇宙起源理论，它表明宇宙起源于一个极度热密的初始状态，然后经历了急剧膨胀。 （2）这一理论解释了宇宙中各种天体的分布、宇宙背景辐射以及宇宙的演化历史。 （3）它是由比利时天文学家乔治 勒梅特 ... ...