高中物理人教版 (2019)必修 第二册相对论时空观与牛顿力学的局限性精练

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册相对论时空观与牛顿力学的局限性精练，共5页。
[核心素养·明目标]
知识点一 经典力学的巨大成就
1.经典力学
经典力学通常叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律。
2.经典力学的巨大成就
(1)把天体的运动与地上物体的运动统一起来。
(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用。
(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命。
(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础。
(5)相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响。
知识点二 经典力学方法论的意义
1.两种典型研究方法
(1)伽利略：“自然数学化”的方法，开创了将实验、逻辑(数学)相结合的方法。
(2)牛顿：归纳—演绎法，大量运用数学方法系统地整理物理学理论的方法.其演绎的结果必须通过实验验证。
2.意义
伽利略和牛顿的科学方法是经典力学方法的典型，影响深远，并不断得到发展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大。
知识点三 经典力学的局限性和适用范围
1.经典力学的局限性和适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用。
2.经典力学的局限性
(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化。
(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象。
(3)量子力学的建立能够很好地描述微观运动的规律，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 经典时空观与相对论时空观
1.经典时空观
(1)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变。
(2)惯性系与非惯性系：
①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系。
②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系。
(3)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等价的。
(4)经典时空观的几个具体结论：
①同时的绝对性；
②时间间隔的绝对性；
③空间距离的绝对性；
④物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关。
2.相对论时空观
(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾。
(2)狭义相对论的两条基本假设：
①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：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关。
(3)相对论时空观
①同时的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的。
②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢，运动速度越快，效果越明显，Δt＝eq \f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2))。
③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短，l＝l0eq \r(1－\f(v,c)2)。
④物体质量随速度的增加而增大，m＝eq \f(m0,\r(1－\f(v,c)2))。
易错易混点1.经典力学与相对论的区别与联系
易混易错点辨析：
1.区别：
2.联系：
(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。
(2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形。
例1.下列说法正确的是( )
A.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B.狭义相对论和经典力学是完全不同、相互矛盾的两个理论
C.物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律
D.以上说法都是错误的
解析：选C。在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律，选项C正确.
例2.(多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形( )
A.研究原子中电子的运动B.研究“神舟五号”飞船的高速发射
C.研究地球绕太阳的运动D.研究飞机从北京飞往纽约的航线
解析：选BCD。牛顿运动定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的.这里的“低速”是相对于光速而言的。原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误；B、C、D选项中运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确。
易错易混点2.对象对论的理解
易错易混点辨析：
1.两个基本原理
(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式，表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变.
(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，表明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：
2.相对论时空观的内容
认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关。
(1)长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l(称为静止长度)，如图3所示.当该尺子相对另一参考系x′O′y′(如地面)沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系x′O′y′(如地面)中测得尺子长度为l′＝leq \r(1－\f(v,c)2)。由于v