第五章 经典力学的局限性与相对论初步 单元过关检测（Word解析版）

2021-2022学年教科版（2019）必修第二册
第五章
经典力学的局限性与相对论初步
单元过关检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列说法不正确的是（
）
A．牛顿定律适用于宏观、低速、弱作用力领域．
B．17世纪，牛顿把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功的解释了天体运动的规律．
C．牛顿巧妙的利用扭秤实验测量出了引力常量G=6.67×10-11N.m2/Kg．
D．一旦测出了引力常量，就可以算出地球的质量．
2．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述不正确的是
A．牛顿发现了万有引力定律
B．相对论的创立表明经典力学已不再适用
C．卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域
3．经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬.20世纪以来，人们发现了一些新的事实，用经典力学无法解释．下列说法正确的是(　　)
A．由于经典力学有局限性，所以它是错误的
B．当物体的速度接近光速时，经典力学仍成立
C．狭义相对论能描述微观粒子运动的规律
D．量子力学能描述微观粒子运动的规律
4．以下哪项属于爱因斯坦对相对论提出的基本假设（　　）
A．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系都是不相同的
D．相对论认为时间和空间与物体的运动状态有关
5．下列说法错误的是（　　）
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体
B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于受到离心力而产生的
C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律
D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值
6．关于相对论时空观与牛顿力学，下列说法正确的是（　　）
A．大到天体，小到微观粒子，牛顿力学均适用
B．相对论与量子力学的出现，否定了牛顿力学的成就
C．相对论时空观认为，物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
D．当物体的速度远小于光速时，相对论和牛顿力学仍有很大的区别
7．下列说法中不正确的是（　　）
A．振源的振动频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越短
B．1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的
C．调谐是电磁波发射应该经历的过程，调制是电磁波接收应该经历的过程
D．寒冷的冬天，当人们在火炉旁烤火时，人的皮肤正在接受红外线带来的温暖
8．下列说法正确的是（
）
A．机械波和电磁波都必须依赖于介质才能够传送信息和能量
B．在同一介质中，波长越短的光，传播速度越小
C．在打磨精密光学平面时，可以利用干涉法检查平面的平整程度
D．光的偏振现象可以说明光是横波
E.狭义相对性原理指出，力学规律在任何参考系中都是相同的
9．以下说法正确的是（　　）
A．经典力学理论的成立具有一定的局限性
B．相对论和量子力学否定了经典力学理论
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变
D．经典力学理论普遍适用，大到天体、小到微观粒子均适应
10．以下说法正确的是（
）
A．地面附近有一高速（接近光速）水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些
B．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇，波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为
C．分别用黄光和绿光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到条纹间距更宽
D．当敌机靠近时，战机携带的雷达接收到的反射波的频率小于发射频率
E.LC振荡电路中产生随时间t按的规律变化的振荡电流时，发射的电磁波的波长为（为真空中的光速）
11．下列说法中正确的是（　　）
A．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
B．机械波和电磁波在介质中的传播速度均仅由介质决定
C．军队士兵过桥时使用便步，是为了防止桥发生共振现象
D．假设火车以接近光速通过站台时，站台上旅客观察到车上乘客变矮
E.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
12．2017
年
6
月
16
日，来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达千里级的量子密钥分发．下列说法正确的是（
）
A．经典力学适用于“量子号”绕地球运动的规律，
B．经典力学适用于光子的运动规律，
C．量子力学可以描述“量子号”发出“两道红光”的运动规律
D．量子密钥分发的发现说明经典力学已经失去了使用价值
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动。问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
14．假设某太空飞船的长度为，一站在地面上的观察者观察到该太空飞船相对自己沿太空飞船长度方向以速度从正上方飞过。则：
(1)地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间为多少？
(2)太空飞船上的人测量的太空飞船飞过观察者的时间为多少？
15．也许你会疑惑，为什么在日常生活中未发现长度收缩、时间延缓或质量随速度增大而增加的现象。请你从长度收缩公式和质速关系式出发，探索牛顿运动定律在宏观低速世界的合理性。
16．地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108
m/s从他身边飞过,另一飞船B以速度2.0×108
m/s
跟随A飞行．求:
（1）A上的乘客看到B的相对速度;
（2）B上的乘客看到A的相对速度．
参考答案
1．C
【详解】
牛顿运动定律适用于宏观、低速、弱作用力领域，不适用微观、高速、强相互作用，A正确；根据牛顿对万有引力的研究史，B正确；卡文迪许利用扭秤实验测量出了引力常量G=6.67×10-11N.m2/Kg，C错误；由万有引力公式，，D正确；
2．B
【详解】
试题分析：英国科学家牛顿发现了万有引力定律，故A正确；经典力学是相对论低速情况下的近似，经典力学在宏观、低速情况下仍然适用，故B错误；英国科学家卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，故C正确；爱因斯坦建立了狭义相对论，研究高速运动的情形，把物理学推进到高速领域，故D正确．
考点：考查了物理学史
3．D
【解析】
相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形．故A错误．当物体的速度接近光速时，经典力学不成立，故B错误．量子力学能够描述微观粒子运动的规律．故C错误，D正确．故选D．
点睛：该题考查经典力学的使用范围，记住：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体．
4．B
【详解】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：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，其他内容均建立在这两条基本假设基础之上。
故选B。
5．B
【详解】
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体，选项A正确，不符合题意；
B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于汽车所受地面的摩擦力小于所需的向心力而产生的，选项B错误，符合题意；
C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律，选项C正确，不符合题意；
D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值，选项D正确，不符合题意。
故选B。
6．C
【详解】
A．牛顿力学只适用于宏观物体、低速运动问题，微观粒子不适用，A错误；
B．相对论与量子力学的出现，没有否定牛顿力学的成就，B错误；
C．相对论时空观认为，物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同，C正确；
D．当物体的速度远小于光速时，相对论和牛顿力学相差不大，牛顿力学也是适用的，D错误。
故选C。
7．C
【解析】
A、由v=λf可知，振源的振动频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越短；故A正确；B、1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的；故B正确；C、调制是发射过程中应有的过程，而在接收时要进行调谐；故C错误；D、寒冷的冬天，当人们在火炉旁烤火时，人的皮肤正在接受红外线带来的温暖；故D正确；本题传错误的故选C．
【点睛】在一个周期内，振动传播的路程等于一个波长，振动的频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越短．狭义相对论的两个前提：相对性原理和光速不变原理；调制是发射过程中应有的过程，而在接收时要进行调谐；红外线具有较强的能量，火炉等均是通过红外线向外散热的．
8．BCD
【详解】
A．机械波是机械振动在介质中传播过程，必须依赖于介质，没有介质不能形成机械波；电磁波传播的是电磁场，而电磁场本身就是一种物体，不需要借助其他物质来传播，所以电磁波可以在真空中传播，故A错误；
B．由公式可知，波长越短，频率越高，则折射率越大，根据可知，传播速度越小，故B正确；
C．光发生干涉时会出现明暗相间的条纹，可以利用干涉法检查平面的平整程度，故C正确；
D．横波是指振动方向和传播方向垂直，纵波是振动方向和传播方向一样，偏振片原理是光的振动方向和偏振片的夹角不同透过率不同，故D正确；
E．狭义相对性原理指出，力学规律在任何“惯性”参考系中都是相同的，故E错误。
故选BCD。
9．AC
【详解】
AD．经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体，故A正确，D错误；
B．相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形，故B错误；
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，当物体做高速运动时，根据相对论，质量随速度的增加而增大，故C正确。
故选AC。
10．ACE
【详解】
试题分析：地面附近有一高速（接近光速）水平飞过的火箭，根据狭义相对论原理可知，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些，选项A正确；两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇，波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的振幅为，选项B错误；
根据条纹间距表达式可知，分别用黄光和绿光在同一装置上做双缝干涉实验，因黄光的波长更大些，故用黄光时得到条纹间距更宽，选项C正确；根据多普勒效应，当敌机靠近时，战机携带的雷达接收到的反射波的频率大于发射频率，选项D错误；LC振荡电路中产生随时间t按的规律变化的振荡电流时，可知发射的电磁波的波长为（为真空中的光速）选项E正确；故选ACE．
考点：狭义相对论原理;
双缝干涉实验；多普勒效应；LC振荡电路
【名师点睛】
此题考查了选修3-3中得几个知识点，包括狭义相对论原理，双缝干涉实验，多普勒效应，LC振荡电路等；关键是多看书，加强记忆即可得分．
11．ACE
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故A正确；
B．机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，故B错误；
C．军队士兵过桥时使用便步，防止行走的频率与桥的频率相同，桥发生共振现象，故C正确；
D．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光速通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮，故D错误；
E．反射光属于偏振光，加偏振片的作用是减弱玻璃的反射光的强度，故加偏振片的作用是减弱反射光的强度，从而增大透射光的强度，故E正确。
故选ACE。
12．AC
【解析】
【详解】
A．经典力学适用于宏观低速的物体运动，卫星的运动相对微观粒子的运动速度小很多，属于宏观低速，故A正确．
B．量子力学适用于微观高速的物体运动，如光子的运动，故B错误．
CD．量子力学和经典力学的适用范围不同，各自在自己的范围内是有价值的，并不会失去用处；故C正确，D错误．
故选AC．
【点睛】
万有引力定律是科学史上最伟大的定律之一，其将地面上物体运动的规律与天体运动的规律．经典力学只适用于低速运动和宏观世界，以及弱引力作用的情况，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大．
13．l03
【详解】
本题中正立方体相对于另一坐标系以速度v运动，一条边与运动方向平行，则坐标系中观察者测得该条边的长度为l=l0
测得立方体的体积为V=l02l=l03。
14．(1)；(2)
【详解】
(1)地面上的观察者测量的太空飞船的长度为
地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间
(2)太空飞船上的人测得太空飞船飞过观察者的时间为
15．见解析
【详解】
根据长度的相对性：，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小；时间间隔的相对性：．时间有延缓效应；当物体运动的速度v＜＜c，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，质量时间可认为不变，牛顿运动具有合理性。
16．（1）-1.125×108
m/s（2）1.125×108
m/s
【详解】
试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．
（1）A上乘客看地以的速度向后，在地面看B以的速度向前，
则A上乘客看B的速度为；
（2）B看A则相反为；