2022-2023学年高一物理举一反三系列（人教版必修第二册）专题7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（解析版）.pdfVIP

专题7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性

【人教版】

【题型1光速不变原理】

【题型2同时的相对性】

【题型3时间延缓效应】

【题型4长度收缩效应】

【题型5质量问题】

【题型6综合问题】

【题型7牛顿力学的局限性】

【题型1光速不变原理】

【例1】关于狭义相对论的说法，不正确的是()

A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关

C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系

D．狭义相对论任何情况下都适用

答案D

解析狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；

狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理)，与光源

的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错

误．

【变式1-1】（多选）设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是

()

A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c

B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c

C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c

D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c

答案：CD

【变式1-2】如图所示，考虑几个问题：

(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？

(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？

(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？

解析根据狭义相对论的一个基本假设：光速不变原理，可知光速是不变的，都应是c.

答案(1)c(2)c(3)c

【变式1-3】如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮

的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为

()

A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．c

答案：D

【题型2同时的相对性】

【例2】如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方

向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照

亮的顺序是()

A．同时被照亮B．A先被照亮

C．C先被照亮D．无法判断

答案C

解析列车上的观测者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内

向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观测者，看到C先被照亮，

故只有C正确．

【变式2-1】如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两

个光接收器，今使光源发出一闪光，问：

(1)在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？

(2)在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？

解：(1)因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播速度相等，

所以光到达A、B两点所需要的时间相等。即在地面参考系中观测，两接收器同时接收到光

信号。

(2)对于火车参考系来说，光源和A、B两接收器都沿BA方向运动，当光源发出的光向A、

B传播时，A和B都沿着BA方向运动了一段距离到达A′和B′，如图所示，所以光到达

A′的距离更长，到达B′的距离更短，即在火车参考系中观测，B比A先接收到光信号。

9m

【变式2-2】如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为，教室中间位置有一光源。

c

有一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为、飞行器中的飞行员认为（）

A．教室中的时钟变快

B．教室的长度大于9m

C．从光源发出的光先到达教室后壁

D．光源发出的光，向后的速度小于c

答案：C

【变式2-3】如图所示，一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源发出

的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光（）

A．先到达前壁B．先到达后壁C．同时到达前后壁