第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元检测试题（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
单元检测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共60分）
1．如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为光速）的飞船同向运动．则下列说法中正确的是（ ）
A．乙观察到甲身高变高
B．甲观察到乙身高变低
C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快
D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c
2．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是(　　)
A．经典力学适用于宏观低速运动的物体
B．经典力学只适用于像地球和太阳这样大的宏观物体
C．火车提速后，有关速度问题就不能用经典力学来处理
D．由于经典力学有局限性，所以一切力学问题只能用相对论力学来解决
3．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
4．伟大的科学家爱因斯坦，在物理学方面取得了巨大的成就。下列属于爱因斯坦主要贡献的是（　　）
A．建立了相对论 B．提出了焦耳定律
C．发现了万有引力定律 D．总结得出了牛顿第一定律
5．关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是(　　)
A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
B．量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动
C．经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动
D．上述说法都是错误的
6．牛顿运动定律适用于（ ）
A．宏观物体的高速运动
B．宏观物体的低速运动
C．微观粒子的高速运动
D．微观粒子的低速运动
7．关于绝对时空观和相对论时空观，下列说法错误的是（　　）
A．绝对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．牛顿力学只适用于宏观低速运动问题不适用于高速运动问题
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论仍有很大的区别
8．对狭义相对论的理解正确的是（ ）
A．在不同惯性系中，基本的物理规律可能是不同的
B．在不同惯性系中，光在真空中的传播速度均相同
C．狭义相对论适合于任何惯性系即适合于一切物体
D．狭义相对论只涉及惯性系
9．下列说法中正确的是（ ）
A．根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍
B．按照广义相对论可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的时，引力将大于原来的4倍
C．在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大
D．在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大
10．下面的说法正确的是（　　）
A．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关
B．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高
C．根据狭义相对论的原理知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
D．利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
11．2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次利用激光干涉法直接探测到来自双中子星合并（距地球约1.3亿光年）的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号，此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴，这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代，也证实了爱因斯坦100多年前在广义相对论中有关引力波的预言，引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪，宛如石头丢进水里产生的波纹．根据以上信息判断正确的是
A．引力波的传播速度等于光束
B．具有质量的物体能产生引力波
C．干涉是波具有的性质，所以激光也是一种波
D．引力波的传播需要空气作为介质
12．下列说法正确的是（ ）
A．泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象
B．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场一定产生变化的磁场
C．杨氏双缝干涉实验中观察到了明暗条纹，证明光是一种波，如果用激光进行实验则效果没有那么明显
D．经典力学理论的成立具有一定的局限性
E.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者间的相对运动无关
第II卷（非选择题）
二、解答题（共40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．查阅资料，了解典型的恒星演化过程，并与同学们交流。
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．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。（已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.001 5 u，电子质量为me＝0.000 55 u）
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？
参考答案
1．D
【详解】
AB．因为人是垂直于物体速度方向的，竖直方向上没有尺缩效应，即甲乙观察对方身高时不变，故AB错误；
C．根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙观察到甲动作变慢，故C错误；
D．根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为c，故D正确．
故选D．
2．A
【解析】
AB．经典力学适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，所以经典力学不仅仅适用于像地球和太阳这样大的宏观物体，还适用于体积较小的一些宏观物体，故A正确，B错误；
C．火车提速后，速度仍远远小于光速，有关速度问题还可以用经典力学来处理，故C错误；
D．经典力学在低速、宏观状态下仍然可以使用，对于高速、微观的情形经典力学不适用．故D错误．
故选：A
3．B
【详解】
A．相对论给出了物体在高速运动状态下所遵循的规律，故A错误；
BC．经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，在自己的适用范围内仍然成，故B正确，C错误；
D．经典力学仅是它在低速、宏观、弱引力时的适用，故D错误。
故选B。
4．A
【详解】
爱因斯坦的主要贡献是建立了相对论；焦耳定律是焦耳总结出的；牛顿发现万有引力定律；牛顿总结出了牛顿第一定律。
故选A。
5．C
【详解】
A.经典力学适用于宏观世界和低速运动，对于微观世界和高速运动不再适用，故A错误；
BCD.经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动，故BD错误，C正确．
6．B
【解析】
【详解】
经典力学具有局限性，经典力学的基础是牛顿运动定律，牛顿运动定律只适用于宏观物体的低速运动，微观粒子的运动不适用，高速运动也不适用，故B正确，ACD错误。
故选B。
7．D
【详解】
AB．绝对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，选项A、B正确，不符合题意；
C．牛顿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，选项C正确，不符合题意；
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论没有很大的区别，选项D错误，符合题意。
本题选错误的，故选D。
8．BD
【详解】
A．根据相对论的观点，在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的，A错误；
B．在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等，B正确；
CD．狭义相对论只涉及惯性系，C错误，D正确。
故选BD。
9．AB
【详解】
A、根据万有引力定律 可知，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍．故A正确．B、按照广义相对论可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将大于原来的4倍．故B正确．C、D、牛顿的万有引力定律适用条件是两个质点间引力的计算，要将星球看成质点才能计算它们间引力的大小，而天体的实际半径远大于引力半径，根据爱因斯坦理论，天体的实际半径远大于引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不大，但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大所以根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大．故C、D错误．故选AB．
【点睛】解决本题的关键要掌握万有引力定律公式和适用条件，知道爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论的区别．
10．BCD
【详解】
A．声波的传播速度在介质中是由介质决定的，与频率无关；而电磁波的传播速度，而n与光的频率有关；故电磁波在介质中的速度与频率有关；故A错误；
B．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，故B正确；
C．根据相对论的基本原理得知：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故C正确；
D．利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离，故D正确；
故选BCD.
【点睛】
声波的传播速度在介质中是由介质决定的，电磁波在介质中的速度与频率有关；波长比可见光短的称为紫外线，它有显著的化学效应和荧光效应，能用了杀菌消毒；狭义相对论认为：一切物理规律在不同的惯性参考系中都相同；利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离.
11．ABC
【详解】
A．发现引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号，说明引力波的传播速度等于光束，故A正确；
B．引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪，因此具有质量的物体能产生引力波，故B正确；
C．引力波是以光速传播的时空扰动，是横波，故引力波应该有偏振现象，故C正确；
D．天文台探测到引力波，说明引力波可以在真空中传播，故D错误；
故选ABC．
12．ADE
【解析】
泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象，选项A正确；根据麦克斯韦电磁场理论，周期性变化的电场一定产生周期性变化的磁场，均匀变化的电场可产生稳定的磁场，选项B错误；杨氏干涉观察到了明暗条纹证明光是一种波，如果用激光，由于是相干光源，则进行实验则效果更明显，故C错误；经典力学理论的成立具有一定的局限性，它只适应宏观低速物体的运动，选项D正确；根据性对论的原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者间的相对运动无关，选项E正确；故选ADE.
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．见解析
【详解】
星系碰撞造成的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星，成年期时形成主序星，中年期时形成红巨星，超巨星。晚年到死亡以三种可能的冷态之一为终结:白矮星，中子星，黑洞。
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)；(2)24.78 MeV；(3)4.22×109 kg
【详解】
(1)由题意可得核反应方程应为
(2)反应前的质量
m1＝4mH＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u
反应后的质量
m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u
Δm＝m1－m2＝0.026 6 u
由质能方程得，释放能量
ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV
(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得太阳每秒减少的质量
Δm＝≈4.22×109 kg