人教版物理必修第二册
第七章｜ 万有引力与宇宙航行
第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
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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。
1．填一填
(1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其 而存在的，也叫牛顿力学时空观。
(2)爱因斯坦的假设：
①在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是 的；
②真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 的。
(3)时间延缓效应：Δt＝。
(4)长度收缩效应：l＝l0 。
(5)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。
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。( )
1．填一填
(1)牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是 ， 的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬。从地面上物体的运动到天体的运动，都服从 的规律。
(2)牛顿力学的局限性
电子、质子、中子等 ，它们不仅具有粒子性，同时还具有 ，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
(3)牛顿力学的适用范围
只适用于 运动，不适用于 运动；只适用于 世界，不适用于 世界。
(4)相对论物理学与牛顿力学的联系
①当物体的运动速度远小于光速c时(c＝3×108 m/s)，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别；
②当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时(h＝6.63×10－34 J·s)，量子力学和牛顿力学的结论没有区别；
③相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
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
4．长度的相对性——“动尺变短”
狭义相对论中的长度公式：l＝l0 中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度。
5．时间间隔的相对性——动钟变慢
时间间隔的相对性公式：Δt＝中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。
π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在自己的参考系中测得)。
(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？
(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？
有一段长100 km的直线铁路，假设铁路上空有一飞行器沿铁路方向以30 km/s的速度掠过。求：
(1)飞行器上的人看到铁路的长度应该为多少？
(2)假设飞行器的速度达到0.6c，则飞行器的人看到的铁路的长度又是多少？
【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
2．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
3．(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
【重难释解】
1．低速与高速的理解
(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体。
(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。
2. 牛顿力学与相对论、量子理论的比较
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
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
【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
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
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
一、培养创新意识和创新思维
质速关系
在经典物理学中，物体的质量与运动无关。从相对论的角度看，物体的质量则是变化的。当物体相对于某惯性参考系静止时，它具有最小的质量m0；当物体以速度v相对该惯性参考系运动时，则在该惯性参考系观测它的质量m＝，可见，物体的质量会随着它运动速度的增大而增大。这便是相对论的质速关系。
一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106 m/s。电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？(光速c＝3×108 m/s)
二、注重学以致用和思维建模
1．(多选)经典力学规律适用于下列运动的是( )
A．子弹的飞行 B．飞船绕地球的运行
C．列车的运行 D．粒子接近光速的运动
2．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，其原因是( )
A．运动中物体无法称量其质量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度的变化而变化
3．(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了
[课时跟踪检测]
组—重基础·体现综合
1．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )
A．这个人是一个矮身材、胖子身材 B．这个人是一个瘦身材、高身材
C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高
2．对于时空观的认识，下列说法正确的是( )
A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例
C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用
3．地面上的观察者测得真空中的光速为v1，在匀速直线运动的列车内，观察者测得真空中的光速为v2，根据狭义相对论，下列判断正确的是( )
A．v1>v2 B．v1C．v1＝v2 D．无法确定
4．(多选)来自中国的量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光，射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站，首次实现人类历史上距离达“千公里级”的量子密钥分发。下列说法正确的是( )
A．牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律
B．牛顿力学适用于描述光子的运动规律
C．量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律
D．量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值
5．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．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．c
6．(多选)如图甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体，下列说法正确的是( )
A．经典力学适用于质子束的运动规律
B．经典力学不适用于质子束的运动规律
C．经典力学适用于中子星的引力规律
D．经典力学不适用于中子星的引力规律
7．有两个惯性参考系1和2，彼此相对做匀速直线运动，下列叙述正确的是( )
A．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了
B．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变快了
C．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了
D．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变慢了
8．下列说法中不正确的是( )
A．杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
B．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小
C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
9.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？
组—重应用·体现创新
10．(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
11．(多选)对于公式m＝，下列说法中正确的是( )
A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量为m>m0，即物体质量改变了，故经典力学不再适用，是不正确的
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
12．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，一艘宇宙飞船的船身长度为l0＝90 m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过。(光速c＝3.0×108 m/s)
(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？
(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？
7 / 7第七章｜ 万有引力与宇宙航行
第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
核心素养点击
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。
1．填一填
(1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，也叫牛顿力学时空观。
(2)爱因斯坦的假设：
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。
(3)时间延缓效应：Δt＝。
(4)长度收缩效应：l＝l0 。
(5)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。
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。(√)
1．填一填
(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。从地面上物体的运动到天体的运动，都服从牛顿力学的规律。
(2)牛顿力学的局限性
电子、质子、中子等微观粒子，它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
(3)牛顿力学的适用范围
只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
(4)相对论物理学与牛顿力学的联系
①当物体的运动速度远小于光速c时(c＝3×108 m/s)，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别；
②当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时(h＝6.63×10－34 J·s)，量子力学和牛顿力学的结论没有区别；
③相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
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
4．长度的相对性——“动尺变短”
狭义相对论中的长度公式：l＝l0 中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度。
5．时间间隔的相对性——动钟变慢
时间间隔的相对性公式：Δt＝中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。
π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在自己的参考系中测得)。
(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？
(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？
[解析] (1)π＋介子在实验室中观察的寿命为
Δt＝＝ s≈4.3×10－8 s。
(2)该粒子在衰变前运动的距离为
x＝vΔt＝0.8×3×108×4.3×10－8 m＝10.32 m。
[答案] (1)4.3×10－8 s (2)10.32 m
有一段长100 km的直线铁路，假设铁路上空有一飞行器沿铁路方向以30 km/s的速度掠过。求：
(1)飞行器上的人看到铁路的长度应该为多少？
(2)假设飞行器的速度达到0.6c，则飞行器的人看到的铁路的长度又是多少？
[解析] (1)当飞行器速度为30 km/s时， ≈1，长度l≈l0＝100 km。
(2)当飞行器的速度达到0.6c时，由狭义相对论中的长度公式l＝l0 ，
代入相应的数据解得
l＝100× km＝80 km。
[答案] (1)100 km (2)80 km
(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化。
(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的。
【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：选D 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。
2．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：选D 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。
3．(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
解析：选BD 根据长度收缩效应l＝l0知，物体的速度较大时，沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故A、C错误，B正确；而在垂直于运动方向上，宽度是不变的，故D正确。
【重难释解】
1．低速与高速的理解
(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体。
(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。
2. 牛顿力学与相对论、量子理论的比较
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
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：选BC 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。
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：选D 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。
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：选D 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。经典力学只适用于宏观、低速运动问题，不适用于微观、高速运动问题，故C正确。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没有区别，故D错误。
一、培养创新意识和创新思维
质速关系
在经典物理学中，物体的质量与运动无关。从相对论的角度看，物体的质量则是变化的。当物体相对于某惯性参考系静止时，它具有最小的质量m0；当物体以速度v相对该惯性参考系运动时，则在该惯性参考系观测它的质量m＝，可见，物体的质量会随着它运动速度的增大而增大。这便是相对论的质速关系。
一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106 m/s。电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？(光速c＝3×108 m/s)
解析：根据爱因斯坦的狭义相对论m＝得，
运动后电子的质量增大了，
且m＝＝≈1.000 2m0
所以质量改变的百分比为×100%＝0.02%。
答案：增大了 0.02%
二、注重学以致用和思维建模
1．(多选)经典力学规律适用于下列运动的是( )
A．子弹的飞行 B．飞船绕地球的运行
C．列车的运行 D．粒子接近光速的运动
解析：选ABC 经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动，经典力学都能适用，故A、B、C正确；对于微观、高速的情形经典力学不适用，故D错误。
2．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，其原因是( )
A．运动中物体无法称量其质量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度的变化而变化
解析：选B 根据狭义相对论m＝可知，在宏观物体的运动中，v c，所以质量变化不大，而不是因为物体的质量太大或无法测量，也不是因为质量不随速度的变化而变化，故B正确。
3．(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了
解析：选BCD l＝l0和Δt＝，可知l＜l0，Δt＞Δτ。一个相对地面做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在地面上的人看来，火箭的长度变短了，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间变长了，惯性系速度越大，观察到的火箭的长度越短，所经历的过程时间越长。火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化。同样，火箭上的人看地面上的物体长度也是变短，时间进程变慢了，故B、C、D正确。
[课时跟踪检测]
组—重基础·体现综合
1．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )
A．这个人是一个矮身材、胖子身材 B．这个人是一个瘦身材、高身材
C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高
解析：选D 取路旁的人为惯性参考系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，所以这个人瘦但不高，故D正确。
2．对于时空观的认识，下列说法正确的是( )
A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例
C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用
解析：选B 相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用。经典物理学有简捷的优势。故A、C、D错误，B正确。
3．地面上的观察者测得真空中的光速为v1，在匀速直线运动的列车内，观察者测得真空中的光速为v2，根据狭义相对论，下列判断正确的是( )
A．v1>v2 B．v1C．v1＝v2 D．无法确定
解析：选C 根据狭义相对论光速不变原理，光在真空中总是以确定的速度传播，速度的大小同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关，可知v1＝v2。故选C。
4．(多选)来自中国的量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光，射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站，首次实现人类历史上距离达“千公里级”的量子密钥分发。下列说法正确的是( )
A．牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律
B．牛顿力学适用于描述光子的运动规律
C．量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律
D．量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值
解析：选AC 牛顿力学可以用来描述宏观低速运动问题，故牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律，故A正确；对于运动速度接近光速的物体的运动，不适合用牛顿力学来描述，故B错误；量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律，因为红光运动速度为光速，所以需考虑相对论效应，应使用量子力学描述，故C正确；量子力学和牛顿力学适用范围不同，量子力学适用于微观粒子的运动，在宏观低速运动中，牛顿力学仍然适用，不能说牛顿力学已经失去了实用价值，故D错误。
5．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．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．c
解析：选D 由狭义相对论的基本假设：光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，可知D正确。
6．(多选)如图甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体，下列说法正确的是( )
A．经典力学适用于质子束的运动规律
B．经典力学不适用于质子束的运动规律
C．经典力学适用于中子星的引力规律
D．经典力学不适用于中子星的引力规律
解析：选BD 经典力学适用于宏观、低速物体，不适用于质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律，故A、C错误，B、D正确。
7．有两个惯性参考系1和2，彼此相对做匀速直线运动，下列叙述正确的是( )
A．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了
B．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变快了
C．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了
D．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变慢了
解析：选D 时间延缓效应与相对运动的方向无关，静止参考系的时间是固有时间，v为相对运动速度，Δt为观察系中经历的时间，Δτ为被观察的参考系中所经历的时间，也即固有时间。根据时间延缓效应公式Δt＝ ＞Δτ，在相对某参考系运动的参考系看来，原参考系中的时间变长了，运动就变慢了，故D正确。
8．下列说法中不正确的是( )
A．杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
B．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小
C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
解析：选C 若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变，选项C不正确。
9.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？
解析：(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。
答案：(1)同时接收到光信号 (2)B先接收到光信号
组—重应用·体现创新
10．(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
解析：选CD 根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，因此真空中的光速相对于飞船的速度为c，相对于地面的速度也为c。
11．(多选)对于公式m＝，下列说法中正确的是( )
A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量为m>m0，即物体质量改变了，故经典力学不再适用，是不正确的
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
解析：选CD 公式中m0是静止质量，m是物体以速度v运动时的质量，故A错误。由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，经典力学仍然适用，故B错误，C、D正确。
12．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，一艘宇宙飞船的船身长度为l0＝90 m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过。(光速c＝3.0×108 m/s)
(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？
(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？
解析：(1)观测站测得船身的长度为
l＝l0＝54 m，
通过观测站的时间间隔为
Δt＝＝＝2.25×10－7 s。
(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为
法一 Δt′＝＝＝3.75×10－7 s。
法二 Δt′＝＝ s
＝3.75×10－7 s。
答案：(1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s
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