7.5相對論時空觀與牛頓力學的局限性（含答案）-2022-2023學年高一物理同步精講義（人教2019必修第二冊 ）

7.5相對論時空觀與牛頓力學的局限性（含答案）-2022-2023學年高一物理同步精品講義（人教2019必修第二冊）第七章萬有引力與宇宙航行第5課相對論時空觀與牛頓力學的局限性目標導航目標導航課程標準核心素養(yǎng)1.了解相對論時空觀，知道時間延緩效應和長度收縮效應.2.認識牛頓力學的成就、適用范圍及局限性.3.了解科學理論的相對性，體會科學理論是不斷發(fā)展和完善的．1、物理觀念：相對論時空觀。2、科學思維：時間延緩效應，長度收縮效應。3、科學探究：愛因斯坦的假設。4、科學態(tài)度與責任：牛頓力學的成就與局限性。知識精講知識精講知識點01相對論時空觀1．19世紀，英國物理學家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預言了的存在，并證明電磁波的傳播速度等于．2．1887年的邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是的．3．愛因斯坦假設：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是的．4．時間延緩效應：完成同一動作，在慣性參考系上的時間間隔Δτ和在地面上的人的時間間隔Δt之間的關系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))).由于1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2)<1，所以總有Δt>Δτ，此種情況稱為時間延緩效應．5．長度收縮效應：如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)).由于1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2)<1，所以總有l(wèi)<l0，此種情況稱為長度收縮效應．6．相對論時空觀：運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的運動狀態(tài)有關．【即學即練1】A、B兩火箭沿同一方向高速飛過地面上的某處，vA＞vB，在地面上的人觀察到的結果正確的是()A．火箭A上的時鐘走得最快B．地面上的時鐘走得最快C．火箭B上的時鐘走得最快D．火箭B上的時鐘走得最慢知識點02牛頓力學的成就與局限性1．電子、質子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，同時還具有波動性，它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學來說明，而量子力學能夠正確地描述微觀粒子的運動規(guī)律．2．經(jīng)典力學的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界．【即學即練2】一艘太空飛船靜止時的長度為30m，它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是()A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC．飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD．地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c能力拓展能力拓展考法01相對論時空觀1．低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動的物體．(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．2．相對論的兩個效應(1)時間延緩效應：運動的時鐘會變慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－(\f(v,c))2)).(2)長度收縮效應：運動長度會收縮，即l＝l0eq\r(1－(\f(v,c))2).【典例1】兩個慣性系S和S′，沿x(x′)軸方向做勻速相對運動．設S′在系中某點先后發(fā)生兩個事件，用靜止于該系的鐘測出兩事件的時間間隔為τ0,而用固定在S系的鐘測出這兩個事件的時間間隔為τ.又在S′系x′軸上放置一靜止于該系長度為l0的細桿，從S系測得此桿的長度為l，則判斷τ與τ0，l與l0的大小關系．考法02牛頓力學的成就與局限性1．牛頓力學的局限性及適用范圍(1)牛頓力學適用于低速運動的物體，相對論闡述了物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律．(2)牛頓力學適用于宏觀世界，量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律．2．相對論和量子力學沒有否定牛頓力學(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與牛頓力學的結論沒有區(qū)別；(2)當另一個重要常數(shù)即普朗克常量可以忽略不計時，量子力學和牛頓力學的結論沒有區(qū)別．(3)相對論和量子力學并沒有否定牛頓力學，牛頓力學是二者在一定條件下的特殊情形．【典例2】關于經(jīng)典力學，下列說法中正確的是()A．相對論與量子力學否定了經(jīng)典力學理論B．經(jīng)典力學可以解決自然界中所有的問題C．經(jīng)典力學適用于微觀領域質子、電子的運動D．經(jīng)典力學適用于發(fā)射的導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船的運動分層提分分層提分題組A基礎過關練1．關于牛頓力學、相對論和量子力學，下列說法中正確的是（）A．相對論和牛頓力學是相互對立、互不相容的兩種理論B．在物體高速運動時，相對論適用于物體的運動規(guī)律；在物體低速運動時，牛頓運動定律適用于物體的運動規(guī)律C．牛頓力學適用于宏觀物體的運動，也適用于微觀粒子的運動D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，牛頓力學和量子力學都是適用的2．愛因斯坦在物理學中的重要貢獻有（）A．發(fā)現(xiàn)萬有引力定律 B．建立狹義相對論C．首次測定元電荷的電荷量 D．最早發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象3．絕對真理是不存在的，物理規(guī)律總是在一定的范圍內(nèi)成立。如牛頓運動定律的適用范圍是（）A．宏觀物體的運動 B．微觀粒子的運動C．宏觀物體的低速運動 D．微觀粒子的低速運動4．在物理學發(fā)展過程中，許多物理學家做出了巨大貢獻，下列說法正確的是（）A．牛頓通過實驗驗證了牛頓第一定律B．法拉第提出了電場的概念C．相對論時空觀不能通過實驗驗證D．伽利略通過實驗證明了自由落體運動是勻變速直線運動5．美國科學家2016年2月11日宣布，他們探測到引力波的存在，引力波是實驗驗證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內(nèi)彌補了牛頓力學的局限性。關于牛頓力學，下列說法正確的是（）A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律但沒有測出引力常量B．牛頓力學取得了巨大成就，適用于一切領域C．兩物體間的萬有引力總是質量更大的物體受到的萬有引力大D．由于相對論、量子論的提出，牛頓力學已經(jīng)失去了它的應用價值6．物理學的發(fā)展豐富了人類對物質世界的認識，推動了科學技術的創(chuàng)新和革命，促進了物質生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進步，下列表述正確的是（）A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律B．伽利略通過實驗測出了萬有引力常量的數(shù)值C．勻速圓周運動中速度和加速度均不變D．經(jīng)典力學在所有情況下均能使用題組B能力提升練7．離開地面6km高空存在某μ子源，產(chǎn)生的μ子以0.99c（c為真空中光速）飛向地面。已知μ子的靜止壽命為3.0×10-6s。地面能收到該源的μ子，則（）A．高速μ子的壽命大于3.0×10-6sB．高速μ子的壽命等于3.0×10-6sC．μ子參考系下觀察到離地距離大于6kmD．μ子參考系下觀察到離地距離等于6km8．某星際飛船正在遙遠的外太空飛行，假如它的速度可以達到0.7c，在地球上觀測到其經(jīng)過8.76×104h的時間到達某星球，則在飛船上的人看來，其到達此星球需要的時間是（）A．8.76×104h B．6.26×104hC．12.27×104h D．16.52×104h9．（多選）關于牛頓力學理論，下列說法正確的是（）A．牛頓力學是物理學和天文學的基礎，也是現(xiàn)代工程技術的理論基礎B．牛頓力學的理論體系是經(jīng)過幾代科學家長期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來的C．牛頓力學具有豐富的理論成果，也建立了驗證科學的方法體系D．當物體運動速度很大（v→c）時，牛頓力學理論所得的結果與實驗結果相符合10．（多選）如圖甲所示，質子束被加速到接近光速；如圖乙所示，中子星是質量、密度非常大的星體。下列說法正確的是（）A．牛頓力學適用于質子束的運動規(guī)律B．牛頓力學不適用于質子束的運動規(guī)律C．牛頓力學適用于中子星的引力規(guī)律D．牛頓力學不適用于中子星的引力規(guī)律11．（多選）設某人在速度為0.5c的飛船上打開一個光源，則下列說法正確的是（

）A．飛船正前方地面上的觀察者觀察這一光速為1.5cB．飛船正后方地面上的觀察者觀察這一光速為0.5cC．在垂直飛船前進方向地面上的觀察者觀察這一光速是cD．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c12．（多選）一枚火箭靜止于地面時長為30m，兩個完全相同的時鐘分別放在火箭內(nèi)和地面上?；鸺运俣葀飛行，光速為c，下列判斷正確的是（）A．若v=0.5c，則火箭上的觀察者測得火箭的長度仍為30mB．若v=0.5c，則地面上的觀察者測得火箭的長度仍為30mC．若v=0.5c，則火箭上的觀察者認為地面上的時鐘走得快D．若v=0.5c，則地面上的觀察者認為火箭上的時鐘走得慢第七章萬有引力與宇宙航行第5課相對論時空觀與牛頓力學的局限性目標導航目標導航課程標準核心素養(yǎng)1.了解相對論時空觀，知道時間延緩效應和長度收縮效應.2.認識牛頓力學的成就、適用范圍及局限性.3.了解科學理論的相對性，體會科學理論是不斷發(fā)展和完善的．1、物理觀念：相對論時空觀。2、科學思維：時間延緩效應，長度收縮效應。3、科學探究：愛因斯坦的假設。4、科學態(tài)度與責任：牛頓力學的成就與局限性。知識精講知識精講知識點01相對論時空觀1．19世紀，英國物理學家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c．2．1887年的邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的．3．愛因斯坦假設：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．時間延緩效應：完成同一動作，在慣性參考系上的時間間隔Δτ和在地面上的人的時間間隔Δt之間的關系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))).由于1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2)<1，所以總有Δt>Δτ，此種情況稱為時間延緩效應．5．長度收縮效應：如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)).由于1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2)<1，所以總有l(wèi)<l0，此種情況稱為長度收縮效應．6．相對論時空觀：運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的運動狀態(tài)有關．【即學即練1】A、B兩火箭沿同一方向高速飛過地面上的某處，vA＞vB，在地面上的人觀察到的結果正確的是()A．火箭A上的時鐘走得最快B．地面上的時鐘走得最快C．火箭B上的時鐘走得最快D．火箭B上的時鐘走得最慢【答案】B【解析】由Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v2,c2)))知，地面上的人觀察到的結果為：A、B兩火箭上的時鐘都變慢了．又vA＞vB，則火箭A上的時鐘走得最慢，地面上的時鐘走得最快，因此B正確，A、C、D錯誤．知識點02牛頓力學的成就與局限性1．電子、質子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，同時還具有波動性，它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學來說明，而量子力學能夠正確地描述微觀粒子的運動規(guī)律．2．經(jīng)典力學的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界．【即學即練2】一艘太空飛船靜止時的長度為30m，它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是()A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC．飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD．地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c【答案】B【解析】由l＝l0eq\r(1－(\f(v,c))2)知，A錯誤，B正確；由相對論時空觀的基本假設知光信號的速度都等于c，C、D錯誤．能力拓展能力拓展考法01相對論時空觀1．低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動的物體．(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．2．相對論的兩個效應(1)時間延緩效應：運動的時鐘會變慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－(\f(v,c))2)).(2)長度收縮效應：運動長度會收縮，即l＝l0eq\r(1－(\f(v,c))2).【典例1】兩個慣性系S和S′，沿x(x′)軸方向做勻速相對運動．設S′在系中某點先后發(fā)生兩個事件，用靜止于該系的鐘測出兩事件的時間間隔為τ0,而用固定在S系的鐘測出這兩個事件的時間間隔為τ.又在S′系x′軸上放置一靜止于該系長度為l0的細桿，從S系測得此桿的長度為l，則判斷τ與τ0，l與l0的大小關系．【答案】τ<τ0l<l0【解析】牛頓力學認為，無論靜止還是運動，一只鐘“滴答”一次的時間間隔、一把尺的長度(即空間間隔)以及一個物體的質量，總是不變的；而在愛因斯坦的相對論中，與靜止時相比，運動的鐘變慢、運動的尺縮短、運動物體的質量變大．因此說，時間和空間這兩個基本的物理量，在牛頓力學中都是“絕對的”，但是在相對論中則都是“相對的”．考法02牛頓力學的成就與局限性1．牛頓力學的局限性及適用范圍(1)牛頓力學適用于低速運動的物體，相對論闡述了物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律．(2)牛頓力學適用于宏觀世界，量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律．2．相對論和量子力學沒有否定牛頓力學(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與牛頓力學的結論沒有區(qū)別；(2)當另一個重要常數(shù)即普朗克常量可以忽略不計時，量子力學和牛頓力學的結論沒有區(qū)別．(3)相對論和量子力學并沒有否定牛頓力學，牛頓力學是二者在一定條件下的特殊情形．【典例2】關于經(jīng)典力學，下列說法中正確的是()A．相對論與量子力學否定了經(jīng)典力學理論B．經(jīng)典力學可以解決自然界中所有的問題C．經(jīng)典力學適用于微觀領域質子、電子的運動D．經(jīng)典力學適用于發(fā)射的導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船的運動【答案】D【解析】相對論與量子力學并沒有否定經(jīng)典力學，而是在其基礎上發(fā)展起來的，有各自成立范圍，A錯誤；經(jīng)典力學只能解決宏觀低速物體的問題，對于微觀或高速的物體不再適用，B、C錯誤；經(jīng)典力學適用于宏觀低速物體，適用于發(fā)射的導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船的運動，D正確．分層提分分層提分題組A基礎過關練1．關于牛頓力學、相對論和量子力學，下列說法中正確的是（）A．相對論和牛頓力學是相互對立、互不相容的兩種理論B．在物體高速運動時，相對論適用于物體的運動規(guī)律；在物體低速運動時，牛頓運動定律適用于物體的運動規(guī)律C．牛頓力學適用于宏觀物體的運動，也適用于微觀粒子的運動D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，牛頓力學和量子力學都是適用的【答案】B【解析】A．經(jīng)典力學是狹義相對論在低速條件下的近似，即只要速度遠遠小于光速，經(jīng)過數(shù)學變換狹義相對論的公式就全部變化為牛頓經(jīng)典力學的公式，故A錯誤；B．在物體高速運動時，物體的運動規(guī)律服從狹義相對論理論，在低速運動時，物體的運動規(guī)律服從牛頓運動定律，故B正確；CD．牛頓經(jīng)典力學只適用于宏觀低速物體，而微觀、高速運動的物體服從狹義相對論，故CD錯誤。故選B。2．愛因斯坦在物理學中的重要貢獻有（）A．發(fā)現(xiàn)萬有引力定律 B．建立狹義相對論C．首次測定元電荷的電荷量 D．最早發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象【答案】B【解析】A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，故A錯誤；

B．愛因斯坦建立了狹義相對論，故B正確；C．密立根首次測定元電荷的電荷量，故C錯誤；

D．法拉第最早發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，故D錯誤。故選B。3．絕對真理是不存在的，物理規(guī)律總是在一定的范圍內(nèi)成立。如牛頓運動定律的適用范圍是（）A．宏觀物體的運動 B．微觀粒子的運動C．宏觀物體的低速運動 D．微觀粒子的低速運動【答案】C【解析】牛頓運動定律的適用范圍是宏觀物體的低速運動，不適用微觀粒子的高速運動。故選C。4．在物理學發(fā)展過程中，許多物理學家做出了巨大貢獻，下列說法正確的是（）A．牛頓通過實驗驗證了牛頓第一定律B．法拉第提出了電場的概念C．相對論時空觀不能通過實驗驗證D．伽利略通過實驗證明了自由落體運動是勻變速直線運動【答案】B【解析】A．牛頓第一定律是通過合理推理得到的，現(xiàn)實中不可能通過實驗驗證，因為不存在完全不受力的物體，故A錯誤；B．法拉第提出了電場的概念，故B正確；C．相對論時空觀可以通過實驗驗證，且已經(jīng)通過實驗證明了其正確性，故C錯誤；D．伽利略是經(jīng)過合理外推根據(jù)邏輯推理說明了自由落體運動是勻加速直線運動，故D錯誤。故選B。5．美國科學家2016年2月11日宣布，他們探測到引力波的存在，引力波是實驗驗證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內(nèi)彌補了牛頓力學的局限性。關于牛頓力學，下列說法正確的是（）A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律但沒有測出引力常量B．牛頓力學取得了巨大成就，適用于一切領域C．兩物體間的萬有引力總是質量更大的物體受到的萬有引力大D．由于相對論、量子論的提出，牛頓力學已經(jīng)失去了它的應用價值【答案】A【解析】A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卡文迪什測得了引力常量，A正確；B．牛頓力學適用于宏觀、低速的物體，B錯誤；C．兩物體間的萬有引力是相互作用力，總是大小相等，C錯誤；D．牛頓運動定律和相對論、量子理論適用范圍不同，各有其用途，D錯誤。故選A。6．物理學的發(fā)展豐富了人類對物質世界的認識，推動了科學技術的創(chuàng)新和革命，促進了物質生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進步，下列表述正確的是（）A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律B．伽利略通過實驗測出了萬有引力常量的數(shù)值C．勻速圓周運動中速度和加速度均不變D．經(jīng)典力學在所有情況下均能使用【答案】A【解析】A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。故A正確；B．卡文迪許通過實驗測出了萬有引力常量的數(shù)值。故B錯誤；C．勻速圓周運動中速度和加速度大小不變，方向改變。故C錯誤；D．經(jīng)典力學在宏觀、低速情況下能使用。故D錯誤。故選A。題組B能力提升練7．離開地面6km高空存在某μ子源，產(chǎn)生的μ子以0.99c（c為真空中光速）飛向地面。已知μ子的靜止壽命為3.0×10-6s。地面能收到該源的μ子，則（）A．高速μ子的壽命大于3.0×10-6sB．高速μ子的壽命等于3.0×10-6sC．μ子參考系下觀察到離地距離大于6kmD．μ子參考系下觀察到離地距離等于6km【答案】A【解析】AB．根據(jù)鐘慢效應由此可知，高速μ子的壽命大于3.0×10-6s，故A正確，B錯誤；CD．根據(jù)尺縮效應由此可知，μ子參考系下觀察到離地距離應小于6km，故CD錯誤。故選A。8．某星際飛船正在遙遠的外太空飛行，假如它的速度可以達到0.7c，在地球上觀測到其經(jīng)過8.76×104h的時間到達某星球，則在飛船上的人看來，其到達此星球需要的時間是（）A．8.76×104h B．6.26×104hC．12.27×104h D．16.52×104h【答案】B【解析】到達此星球需要的時間是≈6.26×104h故選B。9．（多選）關于牛頓力學理論，下列說法正確的是（）A．牛頓力學是物理學和天文學的基礎，也是現(xiàn)代工程技術的理論基礎B．牛頓力學的理論體系是經(jīng)過幾代科學家長期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來的C．牛頓力學具有豐富的理論成果，也建立了驗證科學的方法體系D．當物體運動速度很大（v→c）時，牛頓力學理論所得的結果與實驗結果相符合【答案】ABC【解析】A．牛頓力學是物理學和天文學的基礎，也是現(xiàn)代工程技術的理論基礎，A正確；B．牛頓力學的理論體系是經(jīng)過幾代科學家長期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來的，B正確；C．牛頓力學具有豐富的理論成果，也建立了驗證科學的方法體系，C正確；D．當物體運動速度很大（v→c）時，牛頓力學理論所得的結果與實驗結果之間出現(xiàn)了較大的偏差，D錯誤。故選ABC。10．（多選）如圖甲所示，質子束被加速到接近光速；如圖乙所示，中子星是質量、密度非常大的星體。下列說法正確的是（）A．牛頓力學適用于質子束的運動規(guī)律B．牛頓力學不適用于質子束的運動規(guī)律C．牛頓力學適用于中子星的引力規(guī)律D．牛頓力學不適用于中子星的引力規(guī)律【答案】BD【解析】牛頓力學適用于宏觀、低速物體的運動規(guī)律，不適用于質子束的運動規(guī)律，也不適用于中子星的引力規(guī)律。故選BD。11．（多選）設某人在速度為0.5c的飛船上打開一個光源，則下列說法正確的是（

）A．飛船正前方地面上的觀察者觀察這一光速為1.5cB．飛船正后方地面上的觀察者觀察這一光速為0.5cC．在垂直飛船前進方向地面上的觀察者觀察這一光速是cD．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c【答案】CD【解析】根據(jù)狹義相對論的“光速不變原理”可知，真空中的光速在不同的慣性系中都是相同的，CD正確。故選CD。12．（多選）一枚火箭靜止于地面時長為30m，兩個完全相同的時鐘分別放在火箭內(nèi)和地面上?；鸺运俣葀飛行，光速為c，下列判斷正確的是（）A．若v=0.5c，則火箭上的觀察者測得火箭的長度仍為30mB．若v=0.5c，則地面上的觀察者測得火箭的長度仍為30mC．若v=0.5c，則火箭上的觀察者認為地面上的時鐘走得快D．若v=0.5c，則地面上的觀察者認為火箭上的時鐘走得慢【答案】AD【解析】A．一枚靜止時長為30m的火箭以0.5c的速度飛行，根據(jù)相對論時空觀可知，火箭上的觀察者測得火箭的長度為30m，選項A正確；B．根據(jù)長度收縮效應知地面上的觀察者測得火箭的長度為L=26m選項B錯誤；CD．根據(jù)時間延緩效應，運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且運動速度越大，鐘走得越慢，同時運動是相對的，火箭相對于地面上的人是運動的，地面上的人相對于火箭也是運動的，所以若v=0.5c，則火箭上的觀察者認為地面上的時鐘走得慢，同時地面上的觀察者認為火箭上的時鐘走得慢，選項C錯誤，D正確。故選AD。第八章機械能守恒定律第1課功和功率第二課時功率目標導航目標導航課程標準核心素養(yǎng)1.理解功率的概念.2.掌握平均功率與瞬時功率的區(qū)別，能用功率的定義式P＝eq\f(W,t)及功率與速度的關系式P＝Fv進行有關分析和計算．1、物理觀念：瞬時功率、平均功率。2、科學思維：機車牽引力和功率及速度的關系。3、科學探究：機車的兩種啟動方式。4、科學態(tài)度與責任：能利用功率的概念分析比較生產(chǎn)、生活中做功快慢問題。知識精講知識精講知識點01功率1．意義：功率是表示做功的的物理量．2．定義：功W與完成這些功所用之比．3．定義式：P＝eq\f(W,t).單位：，簡稱瓦，符號是.4．功率是(選填“標”或“矢”)量．【即學即練1】(多選)關于功率，以下說法正確的是()A．單位時間內(nèi)物體做功越少，其功率越小B．物體做功越多，它的功率就越大C．物體做功越快，它的功率就越大D．額定功率是發(fā)動機長時間正常工作時的最大輸出功率知識點02功率與速度的關系1．一個沿著物體位移方向的力對物體做功的功率，等于與物體的乘積．2．關系式：P＝(1)若v是物體在恒力F作用下的平均速度，則P＝Fv對應這段時間內(nèi)的功率．(2)若v是瞬時速度，則P表示該時刻的功率．3．應用：由功率與速度的關系知，汽車、火車等交通工具和各種起重機械，當發(fā)動機的輸出功率P一定時，牽引力F與速度v成(選填“正”或“反”)比，要增大牽引力，就要(選填“增大”或“減小”)速度．【即學即練2】關于功率的下列說法正確的是()A．據(jù)P＝eq\f(W,t)可知，機器做功越多，其功率就越大B．據(jù)P＝Fv可知，汽車牽引力一定與速度成反比C．據(jù)P＝eq\f(W,t)可知，只要知道時間t內(nèi)機器所做的功，就可以求得這段時間內(nèi)任一時刻機器做功的功率D．據(jù)P＝Fv可知，發(fā)動機功率一定時，交通工具的牽引力與速度成反比能力拓展能力拓展考法01對功率的理解1．功率表示的是物體做功的快慢，而不是做功的多少，功率大，做功不一定多，反之亦然．2．應用公式P＝eq\f(W,t)解題時，必須明確是哪個力在哪段時間(或過程)內(nèi)做功的功率．【典例1】某同學利用動感單車鍛煉．動感單車的阻力主要來源于車輪上的阻尼裝置，該同學蹬車時每分鐘克服阻力做功約為45kJ，他蹬車時做功的平均功率約為()A．0.75W B．45WC．750W D．45kW考法02功率的計算1．公式P＝eq\f(W,t)和P＝Fv的比較P＝eq\f(W,t)P＝Fv適用條件(1)功率的定義式，適用于任何情況下功率的計算，一般用來求平均功率(2)當時間t→0時，可由定義式確定瞬時功率(1)功率的計算式，僅適用于F與v同向的情況，若不同向，P＝eq\f(W,t)＝eq\f(Flcosα,t)＝Fvcosα(2)v為平均速度時功率為平均功率，v為瞬時速度時功率為瞬時功率聯(lián)系公式P＝Fv是P＝eq\f(W,t)的推論2.平均功率的計算(1)利用eq\x\to(P)＝eq\f(W,t)；(2)利用eq\x\to(P)＝Feq\x\to(v)cosα，其中F為恒力，eq\x\to(v)為物體運動的平均速度．3．瞬時功率的計算利用公式P＝Fvcosα，其中v為瞬時速度；若vF為物體的速度在力F方向上的分速度，則P＝FvF；若Fv為物體所受外力在速度v方向上的分力，則P＝Fvv.4．平均功率與瞬時功率的區(qū)別與聯(lián)系平均功率表示物體在某段時間內(nèi)做功的平均快慢，瞬時功率表示力在某時刻做功的快慢．所以平均功率大，物體的瞬時功率不一定大．【典例2】如圖所示，從空中以40m/s的初速度平拋一重為10N的物體，物體在空中運動3s落地，不計空氣阻力，g取10m/s2，則物體落地前瞬間，重力的瞬時功率為()A．300W B．400WC．500W D．700W分層提分分層提分題組A基礎過關練1．一個重量為G的物體，在水平拉力F的作用下，一次在光滑水平面上移動x，做功W1，功率P1；另一次在粗糙水平面上移動相同的距離x，做功W2，功率P2。在這兩種情況下拉力做功及功率的關系正確的是（）A．W1＝W2，P1＞P2 B．W1＞W(wǎng)2，P1＞P2 C．W1＝W2，P1＝P2 D．W1＞W(wǎng)2，P1＝P22．如圖所示，甲、乙、丙三個光滑斜面的高度相同、傾角不同，現(xiàn)讓完全相同的物塊沿斜面由靜止從頂端運動到底端。關于物塊沿不同斜面運動時重力做功W和重力做功的平均功率P，下列說法正確的是（）A． B．C． D．3．某力做的功隨時間變化的關系如圖所示，該力做功的功率為（）A．10W B．20W C．30W D．40W4．質量為m的小球從高h處由靜止自由下落，經(jīng)時間t落地，關于重力的功率正確的是（）A．重力的功率即描述重力做功的多少B．落地時重力的功率C．全過程重力的平均功率等于D．落地時重力的功率等于5．如圖為一中學生做引體向上的示意圖，引體向上分為兩個過程：身體從最低點升到最高點的“上引”過程，身體從最高點回到最低點的“下放”過程。某同學在30s內(nèi)連續(xù)完成10個完整的引體向上。下列說法正確的是（）A．“上引”過程單杠對人做正功B．“下放”過程單杠對人做負功C．在30s內(nèi)重力做的總功約為3000JD．在30s內(nèi)克服重力做功的平均功率約為100W6．類比是一種常用的研究方法，教科書利用微元思想由v—t圖像推導出勻變速直線運動的位移公式。借鑒此方法，判斷下列關于圖線和橫軸圍成的面積（圖中陰影部分）的說法，其中不正確的是（

）A．若縱坐標表示力F，橫坐標表示位移x，則圖像面積表示力做的功WB．若縱坐標表示機器的功率P，橫坐標表示時間t，則圖像面積表示機器做的功WC．若縱坐標表示加速度a，橫坐標表示時間t，則圖像面積表示速度變化量D．若縱坐標表示力F，橫坐標表示速度v，則圖像面積表示此力的功率P題組B能力提升練7．（多選）質量的小球以的初速度沿水平方向拋出，小球距離地面的高度，。下列說法中正確的是（）A．小球落地時速度大小為B．小球落地時重力的瞬時功率為10WC．小球落地時速度與水平方向的夾角為D．小球落地時位移與水平方向的夾角為8．（多選）兩個質量相等的物體A、B并排靜放在水平地面上，現(xiàn)用同向水平拉力F1、F2分別作用于物體A和B上，分別作用一段時間后撤去，兩物體各自滑行一段距離后停止運動。兩物體運動的v-t圖象分別如圖中圖線a、b所示。已知拉力F1、F2分別撒去后，物體做減速運動過程的v-t圖線彼此平行（相關數(shù)據(jù)已在圖中標出）。由圖中信息可以得出（）A．兩個物體A、B與水平地面的動摩擦因數(shù)相同B．F1等于1.6F2C．F1作用時物體A的位移與F2作用時物體B的位移相等D．F1的最大瞬時功率等于F2的最大瞬時功率的2倍9．（多選）從空中以10m/s的初速度沿著水平方向拋出一個重為10N的物體，已知t=3s時物體未落地，不計空氣阻力，取g=10m/s2，以下說法正確的是（）A．拋出后（未落地）任意相同時間內(nèi)物體速度改變量相同B．t=3s時，物體的速度大小為40m/sC．t=3s時，重力的功率為300WD．拋出后3s內(nèi)，重力的平均功率為450W10．（多選）如圖所示，質量為的小球，以的初速度，朝著一個傾角為的斜面平拋出去，它落到斜面上時的速度方向剛好和斜面垂直，則（）A．該小球落到斜面上的瞬間重力對小球做功的瞬時功率為500WB．該小球落到斜面上的瞬間重力對小球做功的瞬時功率為400WC．整個平拋運動過程中重力對小球做功的平均功率為200WD．整個平拋運動過程中重力對小球做功的平均功率為400W題組C培優(yōu)拔尖練11．（多選）如圖所示，物塊A放在光滑的水平面上，物塊B套在光滑的豎直桿上，A、B通過滑輪用不可伸長的輕繩連接，物塊B的質量為m，重力加速度為g。現(xiàn)在用力F拉物塊A使物塊B以速度v勻速向上運動，當輕繩與豎直桿夾角為時，則下列說法正確的是（）A．繩子的拉力 B．物塊A的速度C．物塊A的速度為 D．拉力F的功率12．（多選）如圖所示，質量為的小球，以的初速度，朝著一個傾角為的斜面平拋出去，它落到斜面上時的速度方向剛好和斜面垂直，則（）A．該小球落到斜面上的瞬間重力對小球做功的瞬時功率為400WB．該小球落到斜面上的瞬間重力對小球做功的瞬時功率為200WC．整個平拋運動過程中重力對小球做功的平均功率為400WD．整個平拋運動過程中重力對小球做功的平均功率為200W第八章機械能守恒定律第1課功和功率第二課時功率目標導航目標導航課程標準核心素養(yǎng)1.理解功率的概念.2.掌握平均功率與瞬時功率的區(qū)別，能用功率的定義式P＝eq\f(W,t)及功率與速度的關系式P＝Fv進行有關分析和計算．1、物理觀念：瞬時功率、平均功率。2、科學思維：機車牽引力和功率及速度的關系。3、科學探究：機車的兩種啟動方式。4、科學態(tài)度與責任：能利用功率的概念分析比較生產(chǎn)、生活中做功快慢問題。知識精講知識精講知識點01功率1．意義：功率是表示做功的快慢的物理量．2．定義：功W與完成這些功所用時間t之比．3．定義式：P＝eq\f(W,t).單位：瓦特，簡稱瓦，符號是W.4．功率是標(選填“標”或“矢”)量．【即學即練1】(多選)關于功率，以下說法正確的是()A．單位時間內(nèi)物體做功越少，其功率越小B．物體做功越多，它的功率就越大C．物體做功越快，它的功率就越大D．額定功率是發(fā)動機長時間正常工作時的最大輸出功率【答案】ACD【解析】根據(jù)P＝eq\f(W,t)可知，單位時間內(nèi)物體做功越少，其功率越小，故A正確；物體做功越快，說明單位時間內(nèi)物體做功越多，則它的功率就越大，故C正確，B錯誤；額定功率是發(fā)動機長時間正常工作時的最大輸出功率，故D正確．知識點02功率與速度的關系1．一個沿著物體位移方向的力對物體做功的功率，等于這個力與物體速度的乘積．2．關系式：P＝Fv.(1)若v是物體在恒力F作用下的平均速度，則P＝Fv對應這段時間內(nèi)的平均功率．(2)若v是瞬時速度，則P表示該時刻的瞬時功率．3．應用：由功率與速度的關系知，汽車、火車等交通工具和各種起重機械，當發(fā)動機的輸出功率P一定時，牽引力F與速度v成反(選填“正”或“反”)比，要增大牽引力，就要減小(選填“增大”或“減小”)速度．【即學即練2】關于功率的下列說法正確的是()A．據(jù)P＝eq\f(W,t)可知，機器做功越多，其功率就越大B．據(jù)P＝Fv可知，汽車牽引力一定與速度成反比C．據(jù)P＝eq\f(W,t)可知，只要知道時間t內(nèi)機器所做的功，就可以求得這段時間內(nèi)任一時刻機器做功的功率D．據(jù)P＝Fv可知，發(fā)動機功率一定時，交通工具的牽引力與速度成反比【答案】D【解析】據(jù)P＝eq\f(W,t)可知，在相同的時間內(nèi)，機器做功越多，其功率就越大，A錯誤；據(jù)P＝Fv可知，在功率不變時，汽車牽引力與速度成反比，B錯誤，D正確；P＝eq\f(W,t)計算的是時間t內(nèi)的平均功率，并不反應這段時間內(nèi)任一時刻機器做功的功率，C錯誤．能力拓展能力拓展考法01對功率的理解1．功率表示的是物體做功的快慢，而不是做功的多少，功率大，做功不一定多，反之亦然．2．應用公式P＝eq\f(W,t)解題時，必須明確是哪個力在哪段時間(或過程)內(nèi)做功的功率．【典例1】某同學利用動感單車鍛煉．動感單車的阻力主要來源于車輪上的阻尼裝置，該同學蹬車時每分鐘克服阻力做功約為45kJ，他蹬車時做功的平均功率約為()A．0.75W B．45WC．750W D．45kW【答案】C【解析】該同學蹬車時每分鐘克服阻力做功約為45kJ，他蹬車時做功的平均功率約為P＝eq\f(W,t)＝750W，故選C.考法02功率的計算1．公式P＝eq\f(W,t)和P＝Fv的比較P＝eq\f(W,t)P＝Fv適用條件(1)功率的定義式，適用于任何情況下功率的計算，一般用來求平均功率(2)當時間t→0時，可由定義式確定瞬時功率(1)功率的計算式，僅適用于F與v同向的情況，若不同向，P＝eq\f(W,t)＝eq\f(Flcosα,t)＝Fvcosα(2)v為平均速度時功率為平均功率，v為瞬時速度時功率為瞬時功率聯(lián)系公式P＝Fv是P＝eq\f(W,t)的推論2.平均功率的計算(1)利用eq\x\to(P)＝eq\f(W,t)；(2)利用eq\x\to(P)＝Feq\x\to(v)cosα，其中F為恒力，eq\x\to(v)為物體運動的平均速度．3．瞬時功率的計算利用公式P＝Fvcosα，其中v為瞬時速度；若vF為物體的速度在力F方向上的分速度，則P＝FvF；若Fv為物體所受外力在速度v方向上的分力，則P＝Fvv.4．平均功率與瞬時功率的區(qū)別與聯(lián)系平均功率表示物體在某段時間內(nèi)做功的平均快慢，瞬時功率表示力在某時刻做功的快慢．所以平均功率大，物體的瞬時功率不一定大．【典例2】如圖所示，從空中以40m/s的初速度平拋一重為10N的物體，物體在空中運動3s落地，不計空氣阻力，g取10m/s2，則物體落地前瞬間，重力的瞬時功率為()A．300W B．400WC．500W D．700W【答案】A【解析】物體落地前瞬間vy＝gt＝30m/s，所以PG＝Gvy＝300W，故A正確．分層提分分層提分題組A基礎過關練1．一個重量為G的物體，在水平拉力F的作用下，一次在光滑水平面上移動x，做功W1，功率P1；另一次在粗糙水平面上移動相同的距離x，做功W2，功率P2。在這兩種情況下拉力做功及功率的關系正確的是（）A．W1＝W2，P1＞P2 B．W1＞W(wǎng)2，P1＞P2 C．W1＝W2，P1＝P2 D．W1＞W(wǎng)2，P1＝P2【答案】A【解析】力F是恒定不變的，兩次通過的距離x相等，由公式可知W1＝W2又根據(jù)牛頓第二定律可知在粗糙水平面上運動的加速度小于光滑水平面上；根據(jù)可知在光滑水平面上運動的時間小于在粗糙水平面上的時間；由功率的定義式可得P1＞P2故選A。2．如圖所示，甲、乙、丙三個光滑斜面的高度相同、傾角不同，現(xiàn)讓完全相同的物塊沿斜面由靜止從頂端運動到底端。關于物塊沿不同斜面運動時重力做功W和重力做功的平均功率P，下列說法正確的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】ABC．三個物體下降的高度相同，根據(jù)知，重力做功相同，故AB錯誤，C正確；D．根據(jù)牛頓第二定律得，物體下滑的加速度解得根據(jù)解得又因為所以根據(jù)所以有故D項錯誤。故選C。3．某力做的功隨時間變化的關系如圖所示，該力做功的功率為（）A．10W B．20W C．30W D．40W【答案】B【解析】由功率的計算公式可得由圖可知，W與t的數(shù)值關系式為即P=20W故選B。4．質量為m的小球從高h處由靜止自由下落，經(jīng)時間t落地，關于重力的功率正確的是（）A．重力的功率即描述重力做功的多少B．落地時重力的功率C．全過程重力的平均功率等于D．落地時重力的功率等于【答案】C【解析】A．重力的功率即描述重力做功的快慢，A錯誤；B．小球做自由落體運動，則有落地時小球的速度落地時重力的功率B錯誤；C．全過程重力做功為全過程重力的平均功率等于C正確；D．根據(jù)運動學公式解得落地時重力的功率等于D錯誤。故選C。5．如圖為一中學生做引體向上的示意圖，引體向上分為兩個過程：身體從最低點升到最高點的“上引”過程，身體從最高點回到最低點的“下放”過程。某同學在30s內(nèi)連續(xù)完成10個完整的引體向上。下列說法正確的是（）A．“上引”過程單杠對人做正功B．“下放”過程單杠對人做負功C．在30s內(nèi)重力做的總功約為3000JD．在30s內(nèi)克服重力做功的平均功率約為100W【答案】D【解析】AB．“上引”和“下放”過程中，單杠對人有力的作用，當沒有位移，故不做功，故AB錯誤；C．“上引”過程中重力方向與位移方向相反，重力做負功，“下放”過程中，重力方向與位移方向相同，重力做正功，且其絕對值相等，一個完整的引體向上重力所做的總功為零，故C錯誤；D．一個中學生的質量約為60kg，一次上引重心變化的高度約為0.5m，則一次引體向上克服重力所做的功的大小為由題意可知，在30s內(nèi)克服重力做功的平均功率為故D正確。故選D。6．類比是一種常用的研究方法，教科書利用微元思想由v—t圖像推導出勻變速直線運動的位移公式。借鑒此方法，判斷下列關于圖線和橫軸圍成的面積（圖中陰影部分）的說法，其中不正確的是（

）A．若縱坐標表示力F，橫坐標表示位移x，則圖像面積表示力做的功WB．若縱坐標表示機器的功率P，橫坐標表示時間t，則圖像面積表示機器做的功WC．若縱坐標表示加速度a，橫坐標表示時間t，則圖像面積表示速度變化量D．若縱坐標表示力F，橫坐標表示速度v，則圖像面積表示此力的功率P【答案】D【解析】A．若縱坐標表示力F，橫坐標表示位移x，則根據(jù)式子W=Fx，結合微元法可知，F(xiàn)—x圖像面積表示力做的功W，A正確，不符合題意；B．若縱坐標表示機器的功率P，橫坐標表示時間t，則根據(jù)式子W=Pt，結合微元法可知，P—t圖像面積表示力做的功W，B正確，不符合題意；C．若縱坐標表示加速度a，橫坐標表示時間t，則根據(jù)式子v=at，結合微元法可知，a—t圖像面積表示速度變化量，C正確，不符合題意；D．若縱坐標表示力F，橫坐標表示速度v，則根據(jù)式子P=Fv，可知瞬時功率是坐標點到橫縱坐標圍成的矩形面積，不是圖像面積，D錯誤，不符合題意。故選D。題組B能力提升練7．（多選）質量的小球以的初速度沿水平方向