第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性

物理观念(1)知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。(2)知道相对论、量子力学有助于人类认识高速、微观领域。(3)知道爱因斯坦的两个假设。(4)知道时间延缓效应和长度收缩效应。科学思维(1)了解爱因斯坦两个假设，知道牛顿力学的局限性。(2)能对时间延缓效应和长度收缩效应问题进行分析。科学态度与责任通过课内与课外阅读，知道相对论、量子力学和经典力学的关系，体会人类对自然界的探索是不断深入的。第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性核心素养点击运动相同相同运动状态2．判断(1)在不同的惯性系中，光速是不同的。

()(2)由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，所以，研究力学问题时可以选择任何惯性系。

()(3)按照经典时空观，某一事件的发展过程，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是相同的。

()×√√牛顿运动定律万有引力定律牛顿力学微观粒子波动性低速高速宏观微观2．判断(1)经典力学在任何情况下都适用。

()(2)相对论和量子力学是对经典力学的否定。

()(3)当物体的运动速度接近光速时，经典力学就不再适用了。

()(4)相对论和量子力学的出现，说明经典力学已失去意义。

()×××√主题探究(一)

对相对论时空观的理解【重难释解】1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。2．相对性原理(1)根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量。(2)迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设(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。[答案]

(1)100km

(2)80km【素养训练】1．1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是

(

)A．同时的绝对性与同时的相对性B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D．相对性原理与光速不变原理解析：狭义相对论的两个基本假设是相对性原理和光速不变原理，故D正确。答案：D2．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB>vC。在地面上的人看来，关于时钟快慢的说法正确的是

(

)A．B钟最快，C钟最慢B．A钟最快，C钟最慢C．C钟最快，B钟最慢D．A钟最快，B钟最慢解析：根据狭义相对论的时间延缓效应可知，速度越大，钟走得越慢，

故D正确。答案：D3．(多选)A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且vA＞vB，对于在飞机上的人观察结果，下列说法正确的是

(

)A．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大B．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同答案：BD

牛顿力学(经典力学)相对论、量子理论区别(1)牛顿力学适用于低速运动的物体(2)牛顿力学适用于宏观世界(3)牛顿力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好(1)相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律(2)量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律(3)相对论能够解释强引力情况下的作用规律联系(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与牛顿物理学的结论没有区别(2)当另一个重要常数即普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的结论没有区别(3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学，牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形2.牛顿力学与相对论、量子理论的比较典例3关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是

(

)A．狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论B．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例C．经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的[解析]

相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，故A错误，B正确。经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，故C、D错误。[答案]

B【素养训练】4．(多选)以下说法正确的是 (

)A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变D．相对论和量子力学否定了经典力学理论解析：经典力学理论具有一定的局限性，它只适用于低速、宏观物体的运动，故A错误，B正确；在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变，即物体的质量和物体运动的速度无关，故C正确；相对论和量子力学并没有否定过去的科学，而是认为经典力学理论是在一定条件下的特殊情形，故D错误。答案：BC

5．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指

(

)A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域B．地球表面上的物质世界C．人眼能看到的物质世界D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界解析：前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D。答案：D

6．关于经典时空观和相对论时空观，下列说法错误的是

(

)A．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的B．相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系C．经典力学只适用于宏观、低速运动问题，不适用于微观、高速运动问题D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别解析：经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A、B正确。经典力学只适