高考物理一轮复习 知识点35：狭义相对论（解析版）（基础版）

知识点8：狭义相对论【知识思维方法技巧】（1）狭义相对论的两个基本假设:①狭义相对性原理：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：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．（2）狭义相对论的三个有用的结论:①时间延缓效应：运动的时钟变慢了②长度收缩效应：运动的尺子长度缩短了相对论时空观：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。③运动的物体质量增大了。题型一：狭义相对论的理解【典例1基础题】高速运动的μ子寿命变长这一现象，用牛顿力学无法解释，说明牛顿力学是有局限性的，牛顿力学的适用范围是（）A．宏观世界，高速运动 B．宏观世界，低速运动C．微观世界，高速运动 D．微观世界，低速运动【典例1基础题】【答案】B【解析】经典力学不能用于处理微观、高速运动的物体，只适用于宏观世界，低速运动。故选B。【典例1基础题对应练习】经典力学不适用于下列哪种运动（）A．“奋斗者”号的深海潜航 B．“嫦娥五号”的环月运动C．新能源汽车的续航测试 D．微观粒子的波动【典例1基础题对应练习】【答案】D【解析】经典力学适用于宏观低速运动，“奋斗者”号的深海潜航、“嫦娥五号”的环月运动、新能源汽车的续航测试均属于宏观低速运动，而经典力学不适用于微观粒子的波动。故选D。题型二：狭义相对论光速不变原理的理解【典例2基础题】如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上的人测得它们相距为L，则飞船A上的人测得两飞船间的距离____________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，飞船A上的人测得该信号的速度为____________________．【典例2基础题】【答案】大于c（或光速）【解析】根据狭义相对论的光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L.【典例2基础题对应练习】如图所示，在未来某年A乘坐速度为0.8c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的B，B的飞行速度为0.6c，A向B发出一束光进行联络，则B观测到该光束的传播速度为（）A．0.2c B．0.8c C．1.0c D．1.4c【典例2基础题对应练习】【答案】C【解析】根据爱因斯坦的相对论，在任何参考系中光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系相对运动而改变。所以B观测到该光束的传播速度为。故选C。题型三：狭义相对论结论的理解及应用类型一：运动的时钟变慢了【典例3a基础题】A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝同一方向飞行的两个火箭上，且v1＜v2.地面上的观察者认为走得最快的时钟是（）A．A时钟 B．B时钟C．C时钟 D．无法确定【典例3a基础题】【答案】A【解析】根据公式可知，相对于观察者的速度v越小，其上的时间进程越快，地面上的钟A的速度v=0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的钟走得最快。A正确。故选A。类型二：运动的尺子长度缩短了【典例3b基础题】如图所示，宇航员驾驶宇宙飞船在观察者上方高速水平飞过。根据相对论可知，与坐在飞船里的宇航员的观测结果相比，地面上静止的观察者观测到（）A．飞船长度更小 B．飞船高度更小 C．飞船长度更大 D．飞船高度更大【典例3b基础题】【答案】A【解析】根据尺缩效应可知动长变短，可知地面上静止的观察者观测到的飞船长度更小，高度不变。故选A。【典例3b基础题对应练习】若一列火车以接近光速的速度在高速行驶，车上的人用望远镜来观察地面上的一只排球，其观察的结果是（）A．像一只乒乓球（体积变小） B．像一只篮球（体积变大）C．像一只橄榄球（竖直放置） D．像一只橄榄球（水平放置）【典例3b基础题对应练习】【答案】C【解析】根据狭义相对论，以观察者为参照系，则排球以接近光速的速度反向运动，由长度收缩效应可知，观察者测得排球水平宽度变短，竖直长度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球。故选C。类型三：结论的综合理解及应用【典例3c基础题】某火箭在地面上的长度为L0，发射后它在地面附近高速（约0.3c）飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法不正确的是（）A．下方地面上的人观察到火箭上的时钟变慢了B．下方地面上的人观察到火箭变短了C．火箭上的人观察到火箭变短了D．火箭上的人看到下方地面上的物体都变短了【典例3c基础题】【答案】C【解析】根据爱因斯坦相对论（尺缩效应、钟慢效应）可知，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了，火箭上的时钟变慢了，AB正确，不符合题意。火箭上的人与火箭之间没有相对运动，所以此人观察到火箭的长度和时间进程均无变化，C错误，符合题意。运动是相对的，火箭上的人看到地面上的物体长度变短了，D正确，不符合题意。故选C。【典例3c基础题对应练习】一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是()A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c【典例3c基础