7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性

5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性核心目標(biāo)1.知道牛頓力學(xué)只適用于低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)。知道相對(duì)論、量子論有助于人類認(rèn)識(shí)高速、微觀領(lǐng)域。2.知道愛因斯坦狹義相對(duì)論的基本假設(shè)，知道長(zhǎng)度相對(duì)性和時(shí)間間隔相對(duì)性的表達(dá)式?！鹃喿x+理解】提前學(xué)知識(shí)要點(diǎn)問(wèn)題設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光，該星球上的觀察者測(cè)量到的激光的速度是多少？1.相對(duì)論時(shí)空觀生活經(jīng)驗(yàn)讓我們體會(huì)到，時(shí)間像一條看不見的“長(zhǎng)河”，均勻地自行流逝著，空間像一個(gè)廣闊無(wú)邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。我們知道，若河中的水以相對(duì)于岸的速度v水岸流動(dòng)，河中的船以相對(duì)于水的速度v船水順流而下，則船相對(duì)于岸的速度為v船岸＝v船水＋v水岸因此，前面問(wèn)題的答案似乎應(yīng)為1.2c。然而，事實(shí)并非如此！19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c。人們自然要問(wèn)：這個(gè)速度是相對(duì)哪個(gè)參考系而言的？一些物理學(xué)家對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)研究中，1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符。在牛頓力學(xué)理論與電磁波理論的矛盾與沖突面前，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、龐加萊等人則主張徹底放棄某些與實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)不符的觀念，如絕對(duì)時(shí)間的概念，提出能夠更好地解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)的假設(shè)。愛因斯坦假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。在經(jīng)典物理學(xué)家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中一定也是同時(shí)的。但是，如果接受了愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，還是這樣嗎？愛因斯坦的假說(shuō)以及在此假說(shuō)基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，經(jīng)受住了實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)和人類的思想發(fā)展都有很大的影響。假設(shè)一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的觀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，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁（如圖甲）。對(duì)于車下的觀察者來(lái)說(shuō)，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(guò)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(zhǎng)些。他觀測(cè)到的結(jié)果應(yīng)該是：閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁（圖乙）。因此，這兩個(gè)事件不是同時(shí)發(fā)生的。在愛因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到下述結(jié)果。如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ，地面上的人觀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\f(Δτ,\r(1－eq\f(v2,c2)))（1）由于1－eq\f(v2,c2)<1，所以總有Δt>Δτ，此種情況稱為時(shí)間延緩效應(yīng)。如果與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)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(zhǎng)是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝l0eq\r(1eq\f(v2,c2))（2）由于1－eq\f(v2,c2)<1，所以總有l(wèi)<l0，此種情況稱為長(zhǎng)度收縮效應(yīng)。（1）式和（2）式表明：運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度（空間距離）和物理過(guò)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)空觀。要驗(yàn)證（1）（2）兩式是否正確，首先要找到高速運(yùn)動(dòng)的物體。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)μ子以0.99c甚至更高的速度飛行。根據(jù)經(jīng)典理論可計(jì)算每秒到達(dá)地球的μ子數(shù)，這個(gè)數(shù)值小于實(shí)際觀察到的μ子數(shù)。觀察到的現(xiàn)象與經(jīng)典理論產(chǎn)生了矛盾。思考與討論已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0μs。當(dāng)μ子以0.99c的速度飛行，若選擇μ子為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命是多少？對(duì)于地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，平均壽命又是多少？相對(duì)于光速而言，低速運(yùn)動(dòng)即可近似認(rèn)為速度為0，即若選擇與μ子一起運(yùn)動(dòng)的某一物體為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命是3.0μs。對(duì)于地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，由（1）式計(jì)算可知μ子平均壽命約為21μs。由于平均壽命增大，飛行的距離也變大，因而在地面附近實(shí)際觀測(cè)到的μ子的數(shù)量就大于經(jīng)典理論作出的預(yù)言。相對(duì)論時(shí)空觀的第一次宏觀驗(yàn)證是在1971年進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)在地面上將四只銫原子鐘調(diào)整同步，然后把它們分別放在兩架噴氣式飛機(jī)上做環(huán)球飛行，一架向東飛，另一架向西飛。兩架飛機(jī)各繞地球飛行一周后回到地面，與留在地面上的銫原子鐘進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，原子鐘計(jì)時(shí)的差異實(shí)際是狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論兩種效應(yīng)的結(jié)果。高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長(zhǎng)這一現(xiàn)象，用經(jīng)典理論無(wú)法解釋，用相對(duì)論時(shí)空觀可得到很好的解釋。這一研究結(jié)果成了相對(duì)論時(shí)空觀的最早證據(jù)。2.牛頓力學(xué)的成就與局限性如果一定要舉出某個(gè)人、某一天作為近代科學(xué)誕生的標(biāo)志，我選牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》在1687年出版的那一天?！獥钫駥幣ｎD力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律的建立與應(yīng)用更是確立了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬。從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械，從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動(dòng)，從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從牛頓力學(xué)的規(guī)律。牛頓力學(xué)在如此廣闊的領(lǐng)域里與實(shí)際相符合，顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力。但是，通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道物體在以接近光速運(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。除了高速運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)在其他方面是否也有局限性？19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，而且發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)來(lái)說(shuō)明。20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。然而，基于實(shí)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特殊情形，被包括在新的科學(xué)成就之中。當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)（c＝3×108m/s），相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計(jì)時(shí)（h＝6.63×1034J·s），量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。相對(duì)論與量子力學(xué)都沒(méi)有否定過(guò)去的科學(xué)，而只認(rèn)為過(guò)去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。像一切科學(xué)一樣，牛頓力學(xué)沒(méi)有也不會(huì)窮盡一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”?？茖W(xué)漫步1.宇宙的起源與演化按照萬(wàn)有引力定律，宇宙中的星系之間存在引力，隨著時(shí)間的推移，它們有可能會(huì)互相靠攏。然而，1929年美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)，銀河系以外的大多數(shù)星系都在遠(yuǎn)離我們而去，距離越遠(yuǎn)，離開的速度越大。這表明，我們所處的宇宙正在膨脹。我們可以用一個(gè)形象的方式來(lái)加以說(shuō)明。各個(gè)星系就像是同一個(gè)氣球表面的不同圖案，當(dāng)氣球越吹越大時(shí)，氣球表面上各圖案之間的距離就會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)。宇宙在不斷膨脹，這意味著它在以前一定比現(xiàn)在小。1948年，伽莫夫提出了宇宙大爆炸理論。大爆炸理論成功地解釋了很多觀測(cè)事實(shí)。例如，它預(yù)言早期的宇宙發(fā)出溫度極高的輻射，隨著宇宙的膨脹，溫度降低，輻射波長(zhǎng)變長(zhǎng)，至今應(yīng)該在微波波段。1964～1965年，美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜檢測(cè)到了這種微波背景輻射并因此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。如圖是普朗克探測(cè)器記錄下的微波天空，黃色斑點(diǎn)表示宇宙微波背景輻射，也就是大爆炸的殘余輻射。多方面的分析表明，我們的宇宙是在約138億年以前從一個(gè)尺度極小的狀態(tài)發(fā)展演化來(lái)的。在這個(gè)過(guò)程中，宇宙的溫度從高到低，先是生成一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)，接著產(chǎn)生了原子、分子等各種物質(zhì)，物質(zhì)再進(jìn)一步聚集起來(lái)形成星系，成為我們今天看到的宇宙。宇宙留給人們的思考和疑問(wèn)深邃而廣闊。宇宙有沒(méi)有邊界？有沒(méi)有起始和終結(jié)？地外文明在哪里？……愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來(lái)自面對(duì)不解之謎?！蹦阆爰尤胩骄坑钪嬷i的行列嗎？2.恒星的演化天文學(xué)家根據(jù)對(duì)各種恒星的觀測(cè)和理論研究，弄清楚了恒星演化的整個(gè)過(guò)程，并認(rèn)識(shí)到恒星的壽命主要取決于它的質(zhì)量。根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)，大爆炸10萬(wàn)年后，溫度下降到了3000K左右，出現(xiàn)了由中性原子構(gòu)成的宇宙塵埃。由于萬(wàn)有引力的作用，形成了更密集的塵埃。塵埃像滾雪球一樣越滾越大，形成了氣體狀態(tài)的星云團(tuán)。星云團(tuán)的凝聚使得溫度升高，到一定程度星云團(tuán)就開始發(fā)光。于是，恒星誕生了。這顆星繼續(xù)收縮升溫，當(dāng)溫度超過(guò)107K時(shí)，氫通過(guò)熱核反應(yīng)成為氦，釋放的核能主要以電磁波的形式向外輻射。輻射產(chǎn)生的擴(kuò)張壓力與引力產(chǎn)生的收縮壓力平衡，這時(shí)星體穩(wěn)定下來(lái)。恒星最后的歸宿是什么？這與恒星的質(zhì)量大小有關(guān)。如果恒星的質(zhì)量介于1～8倍太陽(yáng)質(zhì)量，它會(huì)演變?yōu)榘装牵大w積很小，但質(zhì)量不太小的恒星。如果恒星的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的10～20倍，更強(qiáng)大的壓力使得原子中的電子和質(zhì)子被壓在一起，整個(gè)恒星成為中子組成的天體，叫作中子星。當(dāng)恒星的質(zhì)量更大時(shí)，其內(nèi)部的任何物質(zhì)都無(wú)法抵抗巨大引力產(chǎn)生的壓力，物質(zhì)被“壓”成了更為神奇的天體——黑洞。幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找黑洞。2016年2月11日，科學(xué)家宣布激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）（如圖）探測(cè)到了由黑洞合并產(chǎn)生的一個(gè)時(shí)間極短的引力波信號(hào)，這次探測(cè)和后來(lái)的探測(cè)結(jié)果證明了黑洞的存在?！纠斫?記憶】常思考筆記重點(diǎn)一、相對(duì)論時(shí)空觀1.絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀：時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。2.麥克斯韋證明電磁波的傳播速度等于光速c，一些實(shí)驗(yàn)表明在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的．這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符．3.在矛盾與沖突面前，愛因斯坦提出假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的．4.時(shí)間延緩效應(yīng)、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)表明：運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度（空間距離）和物理過(guò)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)。這就是相對(duì)論時(shí)空觀。二、牛頓力學(xué)的成就與局限1.牛頓力學(xué)的成就（1）牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律的建立與應(yīng)用更是確立了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬。（2）從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)在廣闊的領(lǐng)域里與實(shí)際相符合，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)的局限性電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，它們不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)來(lái)證明．3.牛頓力學(xué)的適用范圍只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界．(1)低速：通常所見物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運(yùn)動(dòng)的物體．(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速．4.相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的聯(lián)系當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c(c＝3×108m/s)時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h(h＝6.63×10－34J·s)可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別．相對(duì)論與量子力學(xué)都沒(méi)有否定過(guò)去的科學(xué)，而是認(rèn)為過(guò)去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形．【例題+解析】當(dāng)檢測(cè)深究錯(cuò)題1.(多選)(2020·普寧檢測(cè))關(guān)于時(shí)間和空間，下列說(shuō)法中正確的有()A.因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的B.空間與時(shí)間之間是沒(méi)有聯(lián)系的C.有物質(zhì)才有空間和時(shí)間D.在一個(gè)確定的參考系中觀察，運(yùn)動(dòng)物體的空間距離和時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)1.CD解析：經(jīng)典物理學(xué)中空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對(duì)的，空間與時(shí)間之間是沒(méi)有聯(lián)系的，在相對(duì)論中，時(shí)間和空間是和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的，只有在物質(zhì)存在時(shí)才有空間和時(shí)間的概念，時(shí)間和空間是相互聯(lián)系的且是相對(duì)的，選項(xiàng)C、D正確．2.（2022江蘇省宿遷市泗陽(yáng)縣實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)高一（下）第一次月考）關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論、量子力學(xué)，下列說(shuō)法正確的是（）A.不論是對(duì)宏觀物體，還是對(duì)微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B.經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)物體，相對(duì)論適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體C.經(jīng)典力學(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.相對(duì)論與量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論2.C解析經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，對(duì)于微觀、高速運(yùn)動(dòng)的物體不再適用，量子力學(xué)適用于微觀粒子運(yùn)動(dòng)，相對(duì)論適用于一切運(yùn)動(dòng)物體，AB錯(cuò)誤，C正確；相對(duì)論與量子力學(xué)并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，而是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，D錯(cuò)誤。故選C。3.（2022安徽省合肥市宏圖中學(xué)高一（下）期中）關(guān)于牛頓力學(xué)，下列說(shuō)法正確的是（）A.牛頓力學(xué)無(wú)法解決微觀物體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題B.在不同的參考系中光的傳播速度都相同，這與牛頓力學(xué)規(guī)律相符C.物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律是與牛頓力學(xué)相符的D.牛頓力學(xué)既適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，又能用于高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題3.A解析牛頓力學(xué)的適用范圍是宏觀低速的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，對(duì)于微觀高速物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)法解決，A正確，D錯(cuò)誤；在不同的參考系中光的傳播速度都相同，這與牛頓力學(xué)規(guī)律不相符，牛頓認(rèn)為同一物體取不同的參考系，物體的運(yùn)動(dòng)的是不同的，B錯(cuò)誤；物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律是與愛因斯坦相對(duì)論符合的，與牛頓定律不符，C錯(cuò)誤；故選A。4.(2020·青島高一檢測(cè))半人馬星座α星是離太陽(yáng)系最近的恒星，它距地球?yàn)?.3×1016m．設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人馬星座α星之間．(1)若宇宙飛船的速率為0.999c，按地球上時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需多少時(shí)間？(2)如以飛船上時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間又為多少？4(1)2.87×108s(2)1.28×107s解析：(1)由于題中恒星與地球的距離s和宇宙飛船的速度v均是地球上的觀察者測(cè)量的，故飛船往返一次，地球時(shí)鐘所測(cè)時(shí)間間隔Δt＝eq\f(2s,v)＝2.87×108s(2)從相對(duì)論的時(shí)間延緩效應(yīng)考慮，把飛船離開地球和回到地球視為兩個(gè)事件，顯然飛船上的鐘測(cè)出兩事件的時(shí)間間隔Δt′是固定的，地球上所測(cè)的時(shí)間間隔Δt與Δt′之間滿足時(shí)間延緩效應(yīng)的關(guān)系式．以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次的時(shí)間間隔為Δt′＝Δteq\r(1－\f(v2,c2))＝1.28×107s【作業(yè)+練習(xí)】強(qiáng)基礎(chǔ)提升能力【作業(yè)】1.一列火車以速度v相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)（圖7.54）。如果地面上的人測(cè)得，某光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁后壁，那么按照火車上人的測(cè)量，閃光先到達(dá)前壁還是后壁？火車上的人怎樣解釋自己的測(cè)量結(jié)果？2.以約8km/s的速度運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星上一只完好的手表走過(guò)了1min，地面上的人認(rèn)為它走過(guò)這1min“實(shí)際”上花了多少時(shí)間？3.一枚靜止時(shí)長(zhǎng)30m的火箭以3km/s的速度從觀察者的身邊掠過(guò)，觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為多少？火箭上的人測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為多少？如果火箭的速度為光速的一半呢？【作業(yè)參考答案】【練習(xí)】1．下列運(yùn)動(dòng)中不能用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律描述的是（）A．子彈的飛行 B．粒子接近光速的運(yùn)動(dòng)C．人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng) D．和諧號(hào)從南通向上海飛馳2．關(guān)于經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的B．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間與物體及其運(yùn)動(dòng)有關(guān)系C．研究接近光速的粒子不適合使用經(jīng)典力學(xué)D．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論仍有很大的區(qū)別3.經(jīng)典力學(xué)只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指()A.行星、恒星、星系等巨大的物質(zhì)領(lǐng)域B.地球表面上的物質(zhì)世界C.人眼能看到的物質(zhì)世界D.不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質(zhì)世界4.（2022廣東省深圳市光明區(qū)高級(jí)中學(xué)年高一（下）期中）2021年10月5日，三位科學(xué)家因?yàn)樗麄兞⒂诳茖W(xué)前沿探索世間奧秘，而共享諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。物理學(xué)史上許多物理學(xué)家的科學(xué)研究推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程，關(guān)于相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性，下列說(shuō)法正確的是（）

A.經(jīng)典力學(xué)能夠說(shuō)明微觀粒子的規(guī)律性，仍能適用于宏觀物體的高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題B.相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)否定了經(jīng)典力學(xué)，表示經(jīng)典力學(xué)已失去意義C.經(jīng)典力學(xué)并不等于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)D.經(jīng)典力學(xué)在現(xiàn)代廣泛應(yīng)用，它的正確性無(wú)可懷疑，仍是普遍適用的5.下列說(shuō)法中不正確的是()A.一根桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同，這是經(jīng)典物理學(xué)家的觀點(diǎn)B.一根沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小C.一根桿的長(zhǎng)度靜止時(shí)為l0，不管桿如何運(yùn)動(dòng)，桿的長(zhǎng)度均小于l0D.如果兩根平行的桿在沿自己的長(zhǎng)度方向上做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與它們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀察者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿縮短了6.能用來(lái)計(jì)時(shí)的鐘表有多種，如圖所示，從左到右依次為沙漏計(jì)時(shí)儀器、電子表、機(jī)械鬧表、生物鐘．由相對(duì)論的知識(shí)可知，物體的運(yùn)動(dòng)可以使得某一種計(jì)時(shí)儀器變慢，則也一定能使所有的計(jì)時(shí)儀器變得一樣慢．則對(duì)上述表述理解正確的是()A.正確，對(duì)各式計(jì)時(shí)儀器的影響一定相同B.錯(cuò)誤，對(duì)各式計(jì)時(shí)儀器的影響不一定相同C.AB兩個(gè)選項(xiàng)分別說(shuō)明了兩種不同情況下的影響D.以上答案均錯(cuò)誤7.如圖所示，車廂長(zhǎng)為L(zhǎng)，正以速度v(v很大)勻速向右運(yùn)動(dòng)，車廂底面光滑，現(xiàn)有兩只完全相同的小球，從車廂中點(diǎn)以相同的速度v0分別向前、后兩個(gè)方向勻速運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于車廂)．問(wèn)：(1)在車廂內(nèi)的觀察者看來(lái)，小球________(填“能”或“不能”)同時(shí)到達(dá)兩壁．(2)在地面上的觀察者看來(lái)，小球________(填“能”或“不能”)同時(shí)到達(dá)兩壁．(第10題)(第11題)8.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)乙觀察到甲的身高L________L0；若甲向乙揮手，動(dòng)作時(shí)間為t0，乙觀察到甲動(dòng)作時(shí)間為t1，則t1________t0.(均選填“＞”“＝”或“＜”)9.慣性系s中有一邊長(zhǎng)為l的正方形(如圖A所示)，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)得該正方形的圖像是()ABCD10.如圖所示，A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度vB和vC朝同一方向飛行的兩枚火箭上，且vB＜vC.地面上的觀察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢？哪個(gè)時(shí)鐘走得最快？【練習(xí)參考答案】水平達(dá)成1.B解析：經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速情形，子彈的飛行、人造衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行、列車的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)