《创新课堂》第七章 万有引力与宇宙航行 5.相对论时空观与牛顿力学的局限性 高中物理必修第二册（人教版）同步讲练测（教师版+学生版）

5.相对论时空观与牛顿力学的局限性 1.知道爱因斯坦的两个假设的内容。 2.知道时间延缓效应及长度收缩效应结论的内容。 3.认识经典力学的局限性和适用范围。 4.了解相对论、量子力学和经典力学的关系。 知识点一　相对论时空观 　（1）如图甲，飞机匀速飞行，封闭机舱中的人能用抛球的力学实验判断飞机相对于地面的速度吗？地面参考系和飞机参考系的力学规律相同吗？ （2）如图乙所示，火车以0.9倍的光速（即v＝0.9c）行驶，一个人相对火车用手电筒向前进方向上照射，在地面上观察，这束光的速度是多少？ 1.爱因斯坦的两个假设 （1）在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是　　　　的。 （2）真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是　　　　的。 2.时间和空间的相对性 （1）时间延缓效应 如果相对于地面以v运动的　　　　　　　上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Δτ，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝　　　　　　　　　，由于物体的速度不可能达到光速，所以1－＜1，总有Δt＞Δτ，此种情况称为时间　　　　　　。 （2）长度收缩效应 如果与杆　　　　　　的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝　　　　　　　　，由于1－＜1，所以总有l＜l0，此种情况称为长度　　　　　　。 3.相对论时空观：运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的　　　　　　有关。 【易错辨析】 　（1）在不同的惯性系中，光速是不同的。（　　） （2）由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，所以，研究力学问题时可以选择任何惯性系。（　　） （3）按照经典时空观，某一事件的发展过程，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是相同的。（　　） 1.时间延缓效应的理论依据是光速不变原理。时间延缓效应是时空的一种属性，在运动参考系中的时间节奏变缓慢了。 2.日常生活中的时间延缓效应可以忽略，但在运动速度接近光速时，其影响比较大。 3.同一物体的长度在不同的参考系内测量，会得到不同的结果，并且速度v越大，长度收缩得越多。 4.对于低速运动的物体，相对论效应可以忽略不计，一般用经典力学规律来处理；对于高速运动的问题，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理。 【例1】　（光速不变原理）（2025·江苏省无锡市高一期中）如图所示，星球大战（StarWars）中凯洛 伦（KyloRen）乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的叔叔卢克（Luke），卢克的飞行速度为0.2c，凯洛·伦向卢克发出一束光进行联络，则卢克观测到该光速的传播速度为（　　） A.0.7c　　B.0.9c　　C.1.0c　　D.1.1c 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例2】　（时间延缓效应）（2025·四川省绵阳市高一期末）在高速列车的车厢安装一盏灯，它每隔一定时间亮一次。列车上的人测得，灯在t1'、t2'两个时刻分别亮了一次，也就是说发生了两个事件，车上的人认为两个事件的时间间隔是Δτ＝t2'－t1'；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为Δt＝t2－t1。则Δτ与Δt的关系是（　　） A.Δτ＞Δt B.Δτ＜Δt C.Δτ＝Δt D.无法确定 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例3】　（长度收缩效应）有一段长100 km的直线铁路，假设铁路上空有一飞行器沿铁路方向以30 km/s的速度掠过。求： （1）飞行器上的人看到铁路的长度应该为多少？ （2）假设飞行器的速度达到0.6c，则飞行器的人看到的铁路的长度又是多少？ 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ... ...