第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元测试（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）必修第二册
第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共60分）
1．物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程在以下叙述中，正确的说法是　　
A．牛顿通过计算首先发现了海王星和冥王星
B．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量G被誉为能“称出地球质量的人
C．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学否定了经典物理学
D．开普勒经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点
2．甲和乙为两个不同的惯性参考系，惯性参考系甲相对惯性参考系乙以速度（接近光速）运动。则下列说法正确的是（ ）
A．甲中的人看到乙中一切物理过程都变快了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了
B．甲中的人看到乙中一切物理过程都变快了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变快了
C．甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变快了
D．甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了
3．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，下列表述正确的是
A．卡文迪许发现了万有引力定律
B．牛顿通过实验证实了万有引力定律
C．相对论的创立表明经典力学已不再适用
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域
4．下列说法中正确的是
A．开普勒发现了行星运动定律
B．牛顿较准确地测出了引力常量的数值
C．经典力学既适用于宏观世界，也适用于微观世界
D．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动
5．下列说法正确的是（ ）
A．在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量也不随运动状态而改变
B．在经典力学中,物体的质量随运动速度的增加而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大
C．在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大
D．上述说法都是错误的
6．下列说法符合史实的是（　　）
A．开普勒在牛顿定律的基础上，总结出了行星运动的规律
B．牛顿建立的经典力学可以解决自然界中所有的问题
C．伽利略发现了万有引力定律，并通过实验测出了引力常量
D．卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量
7．下列说法中正确的是 ；
A．频率相同的两列波叠加时，振动最强区域的质点位移总是最大
B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象
C．利用多普勒效应的原理，可以测量运动物体的速度
D．在近光速运动的列车中，车上的人看到车头与车尾同时发生的事件，而静止在地面上的人认为车头事件先发生
8．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的革命与创新。下列关于物理学发展的表述正确的是（　　）
A．光的偏振现象说明了光是一种横波，立体电影就用到了这一特点
B．把需要传递的信号加在载波上的过程叫调谐
C．托马斯·杨的双缝干涉实验证明了光具有粒子性
D．爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设之一是光速不变原理
9．下列说法正确的是____________
A．波在传播过程中，质点的振动频率等于波源的振动频率
B．当某列声波发生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化
C．物体做受迫振动时，驱动力频率越高，受迫振动的物体振幅越大
D．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
E.X射线的频率比无线电波的频率高
10．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
11．下列说法正确的是
A．做简谐振动的物体，速度和位移都相同的相邻时间间隔为一个周期
B．当障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多时才能发生衍射
C．波的周期与波源的振动周期相同，波速与波源的振动速度相同
D．电磁波在与电场和磁场均垂直的方向上传播
E.相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
12．下列说法正确的是(　　)
A．经典力学中物体的质量是不变的
B．经典力学中的时间和空间是独立于物体及其运动的
C．万有引力定律适用于强作用力
D．物体的速度可以是任意值
第II卷（非选择题）
二、选择题（共40分）
13．一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s.问电子的质量是增大了还是减小了？改变了百分之几？
14．下图是恒星质量和寿命的关系图，请估计一颗质量为太阳1.5倍的恒星能存在多久？―颗寿命约为140亿年的恒星，其质量约为太阳的多少倍？
15．一长直杆在地面上静止不动时，经测量可知长直杆的长度为、质量为，经计算可得该长直杆的线密度为（）。如果该长直杆沿杆的方向以速度（接近光速）运动时，长直杆的线密度为多大？如果该长直杆沿垂直于杆的方向以速度运动时，长直杆的线密度为多大？
16．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：
(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动；
(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。
参考答案
1．B
【详解】
美国天文学家汤博发现冥王星，海王星是英国人亚当斯发现的，故A错误；英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量G被誉为能“称出地球质量的人”，选项B正确；爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学并不否定经典物理学，选项C错误；哥白尼经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点，选项D错误.
2．D
【详解】
根据时间延缓效应可知，甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了，选项D正确，ABC错误。
故选D。
3．D
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，故A错误；
B．牛顿通过月地检验证实了万有引力定律，故B错误；
C．相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故C错误；
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域，故D正确；
故选D。
4．A
【详解】
A.开普勒在分析第谷的观测数据后发现了行星的运动定律，A正确．
B.卡文迪许测出的引力常量，B错误．
CD.经典力学只适用于宏观、低速，CD错误．
5．C
【解析】
由相对论质量公式可知物体的质量随速度的增大而增大；经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似．在狭义相对论的所有公式中，只要令v＜＜c，在数学上稍作变换，就会发现，它们将全部退化为牛顿的经典力学公式．故ABD错误，C正确；故选C.
6．D
【详解】
ABC．开普勒在第谷的天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律；牛顿在开普勒行星运动定律的基础上推导出万有引力定律；卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，AC错误，D正确；
B．经典力学也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题，B错误。
故选D。
7．C
【详解】
A．振动最强区域的质点，是振动的振幅最大，但它仍然在平衡位置附近来回往复运动，位移随时间呈周期性变化，即位移可能为零，故A错误；
B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，是由于发生了光的干涉现象，故B错误；
C．利用多普勒效应的原理，可以测量运动物体的速度，C正确；
D．在近光速运动的列车中，车上的人以车为参考系，看到车头与车尾同时发生的事件对静止在地面上的人以自己为参考系而言，根据光速不变原理可知，他将认为车尾事件先发生；故选项D错误。
故选C。
8．AD
【详解】
A．光的偏振现象说明光是一种横波，立体电影就用到了这一特点。故A正确；
B．把需要传递的信号加在载波上的过程叫调制，故B错误；
C．托马斯·杨的双缝干涉实验证明了光具有波动性，故C错误；
D．爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设之一是光速不变原理，故D正确。
故选AD。
9．ADE
【详解】
A．波在传播过程中，质点的振动频率由波源的振动频率决定，A正确；
B．当某列声波发生多普勒效应时，相应声源的振动频率不会改变，B错误；
C．物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，振幅达最大，这种现象称为共振．C错误；
D．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，D正确；
E．根据电磁波谱的分布可知，X射线的频率比无线电波的频率高，E正确。
故选ADE。
10．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．同种介质中，光的波长越短，频率越高，传播速度越慢，故B正确；
C．在打磨精密光学平面时，利用了光的干涉现象，故C正确；
D．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，当看到透射光的强度发生变化时，则说明光的振动方向与传播方向相垂直，故光的偏振现象说明也证明了光是横波，故D正确；
E．狭义相对性原理指出，力学规律在任何惯性系中都是相同的，故E错误。
故选BCD。
11．ADE
【详解】
A．做简谐振动的物体，两相邻的位移和速度始终完全相同的两状态间的时间间隔为一个周期，故A正确；
B．当障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多时才能发生明显衍射，故B错误；
C．波的周期与波源的振动周期相同，波速是波在介质中的传播速度，在均匀介质中波速是不变的，而波源的振动速度是波源做简谐运动的速度，是时刻变化的，故C错误；
D．电磁波在与电场和磁场均垂直的方向上传播，电磁波是横波，故D正确；
E．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，故E正确。
故选ADE。
12．AB
【详解】
A．经典力学中物体的质量是不变的，而相对论认为物体的质量随速度发生变化．故A正确；
B．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B正确；
C．万有引力定律属于弱引力作用，不适用于强作用力，故C错误；
D．根据相对论力学，物体的能量是不连续的，所以速度也是不连续的，故D错误；
故选AB．
点睛：本题考查的是经典力学的适用范围：宏观低速物体；什么是经典力学，经典力学的基本假设即成立的基础：其一是假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关，物质间相互作用的传递是瞬时到达的；其二是一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定．
13．增大了，0.02%
【解析】
试题分析：应用相对论有关相对论质量公进行分析求解．
根据爱因斯坦的狭义相对论得，运动后的质量增大了，且，所以改变的百分比为×100%＝0.02%．
点睛：本题主要考查了相对论中同时的相对性和时空相对性的含义，理解由相对论得出的相对论质量表达式的含义．
14．50亿年， 0.5倍
【详解】
从恒星质量与寿命的关系图中可见太阳的寿命为亿年。可在图中得到质量为太阳质量1.5倍的恒星能存在50亿年；
寿命为140亿年的恒星其恒星的质量与太阳质量的比值质量约为太阳的0.5倍。
15．
【详解】
当长直杆沿杆的方向运动时
则
当的方向和杆垂直时
则
16．(1)0.946c　(2)4.0s
【详解】
这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v=0.60c，彗星相对S系的速率ux=0.80c，
（1）由速度变换可得所求结果
即彗星以0.946c的速率向飞船靠近；
（2）由时间间隔的相对性有
解得
Δτ=4.0s