2025备考相对论时空观与牛顿力学的局限性 解析版.docx

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7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性

【考点归纳】

考点一：经典力学局限性考点二：相对论时空观

考点三：长度的相对性考点四：时间间隔的相对性

考点五：相对论质量

【知识归纳】

知识点一、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！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”).

3.爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的.

4.时间延缓效应

(1)如果相对于地面以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＝eq\f(Δτ,\r(1－?\f(v,c)?2)).

(2)Δt与Δτ的关系总有Δt＞Δτ，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”或“无关”)

5.长度收缩效应：

(1)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＝l0eq\r(1－?\f(v,c)?2).

(2)l与l0的关系总有l＜l0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无关”或“有关”)

知识点二、牛顿力学的成就与局限性

1.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬.

2.牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏观”或“微观”)物体.

(1)当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同.

(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明.

3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体运动的速度远小于光速c时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.

【题型归纳】

题型一：经典力学局限性

1．（22-23高一下·全国）关于经典力学的建立，下列说法中不正确的是（）

A．标志着近代自然科学的诞生

B．实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合

C．确立了一切自然科学理论应有的基本特征

D．成为量子力学的基础

【答案】D

【详解】ABC．经典力学实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合，并提出了一切自然科学理论应有的基本特征，形成了由实验到数学推导这种行之有效的研究方法。经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，故ABC正确；

D．经典力学适用于宏观、低速运动的物体，而量子力学属于微观高速物体的基本规律，故D错误。

该题选择不正确的选项，故选D。

2．（23-24高一上·上海黄浦·期末）牛顿定律的适用范围是（）

A．微观物体、低速运动 B．宏观物体、低速运动

C．宏观物体、高速运动 D．微观物体、高速运动

【答案】B

【详解】牛顿定律的适用范围是宏观物体、低速运动。

故选B。

3．（22-23高一下·全国·单元测试）美国科学家于2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是（）

A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动

B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的

C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论

D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值

【答案】A

【详解】A．牛顿力学适用于低速运动的宏观物体，故A正确；

B．牛顿力学取得了巨大的成就，但它具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；

CD．在微观高速领域，要用量子力学和相对论理论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，不会失去价值，故CD错误。

故选A。

题型二：相对论时空观

4．（22-23高一下·新疆喀什·期末）在狭义相对论中，下列说法中正确的是（）

A．经典物理学可视为相对论在低速运动时的特例

B．真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的

C．在高速运动情况下，惯性参考系中的物理规律不一定相同

D．狭义相对论全面否定了经典物理学

【答案】A

【详解】AD．相对论的出现，并没有否定经典物理学。经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形，故A正确，D错误；

B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错误；

C．根据狭义相对论的相对性原理，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，故C错误。

故选A。

5．（22-23高一下·广东