专题7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（讲）-2021-2022学年高一物理同步讲练测（人教版2019必修第二册）（解析版）

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专题 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（讲）
一、讲教材
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第 5 节的内容。本节内容是
学习完经典力学以后所做的介绍性质内容，它可以拓展学生的知识面、展示科学探究的无
限可能，建立科学思想、科学的思维方法，培养科学精神，在情感、态度与价值观方面发
挥应有的教育功能。本节教材先介绍相对论时空观，并给出了时间延缓效应，长度收缩效
应。然后讲解了牛顿力学的成就与局限性，让学生体会任何学科都有局限性，并不是牛顿
力学过时了，要理解各自成立的条件。
二、讲核心素养
物理观念：了解相对论-量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改
变人们世界观的作用。
科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义。
科学探究：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补
充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
科学态度与责任：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般
都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
三、讲图片思维导图
四、讲考点和题型
【考点一】相对论时空观
1．19 世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明
电磁波的传播速度等于光速 c．
2．1887 年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光
的传播速度都是一样的．
3．爱因斯坦假设
(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的．
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的．
4．时间和空间的相对性
(1)时间延缓效应
如果相对于地面以速度 v运动的惯性参考系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在同一地点完成这个动作的时
间间隔为 Δt，那么两者之间的关系是 Δt＝.
由于1－<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应．
(2)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 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＝l0.
由于1－2<1，所以总有l<l0，此种情况称为长度收缩效应．
5．相对论时空观
Δt＝和 l＝l0表明运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体
的运动状态有关．它所反映的时空观称作相对论时空观．
【例1】下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略发现了万有引力定律，并测得了引力常量
B．当r趋近于零时，两个物体间的万有引力趋近于无穷大
C．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度不为零
D．相对论时空观认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律相同
【答案】D
【解析】
A．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量G，故A错误；
B．当r趋近于零时，物体不能看成质点， 不再成立，所以不能得到万有引力
趋近于无穷大的结论，故B错误；
C．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为零，故C错误；
D．相对论时空观认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律相同，故D正确。
故选 D。
【变式训练 1】如下图所示，惯性系 S中有一边长为 l的立方体，从相对 S系沿x方向以接
近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（　　）
A．B．C．D．
【答案】D
【解析】
根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向正方形边长不变。
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