7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习题(word版含答案)

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名称 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习题(word版含答案)
格式 docx
文件大小 102.1KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-01-12 18:19:00

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文档简介

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、单选题
1.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.万有引力常量由卡文迪许在实验室里测出
C.牛顿建立的经典力学可以解决自然界中所有的问题
D.“和谐号”动车组高速行驶时,在地面上测得的其车厢长度明显变短
2.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,vA>vB,在地面上的人观察到的结果正确的是(  )
A.火箭A上的时钟走得最快 B.地面上的时钟走得最快
C.火箭B上的时钟走得最快 D.火箭B上的时钟走得最慢
3.适用微观粒子领域的理论为(  )
A.经典力学 B.狭义相对论
C.量子力学 D.广义相对论
4.年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为,地球质量为,引力常量为。则(  )
A.,
B.,
C.地面上的观察者观察到飞船上的钟在近地点比在远地点走得更慢
D.根据相对论,飞船中的观察者发现静止于地面的钟走快了
5.经典力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时,经典力学规律不适用(  )
A.2.5×10-5 m/s B.2.5×102 m/s C.3.5×103 m/s D.2.5×108 m/s
6.下列关于经典力学的说法正确的是(  )
A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体
B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子
C.相对论和量子力学的出现,表明经典力学已被完全否定了
D.经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功,从地面到天体的运动都服从经典力学的规律,因此任何情况下都适用
二、多选题
7.下列说法中属于牛顿力学时空观的观点的是(  )
A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化,而不会发生质的变化
B.时间和空间不依赖人们的意识而存在
C.时间和空间是绝对的
D.时间和空间是紧密联系、不可分割的
8.下列说法正确的是(  )
A.经典力学能够说明微观粒子的规律性
B.经典力学适用于宏观物体的低速运动问题,不适用于高速运动的物体
C.虽然相对论与量子力学的出现对经典力学有冲击,但经典力学任然有意义
D.对于宏观物体的高速运动问题,经典力学仍适用
9.在狭义相对论中,下列说法正确的是(  )
A.一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速
B.质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的
C.惯性系中的观察者,观察一个与他做相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些
D.大型粒子加速器能够将带电粒子加速至光速的99.9%,如果继续加速,粒子的速度将超过光速
10.以下关于狭义相对论的理解正确的是(  )
A.狭义相对论认为光速是自然界速度的极限
B.光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一
C.火车以接近光速的速度通过站台时,车上乘客观察到站在站台上的旅客变矮
D.狭义相对论认为空间和时间都是独立存在的,与物质的运动状态无关
11.下列适用经典力学规律的是(  )
A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C.以接近光速飞行的μ子的运动
D.地壳的变动
12.在相对论效应下,系相对系向右速度,系中杆向上运动,速度为,那么在系看来杆的形态如何(  )
A.杆倾斜,端偏上,A端偏下 B.杆倾斜,端偏下,A端偏上
C.杆不倾斜 D.杆的整体长度缩短
三、填空题
13.在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播,分别以火车上的人和地面的人看闪光,则闪光传播的速度______(填写“相同”或“不同”),判断依据是________
14.来自太阳和宇宙深处的高能粒子流,与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线,μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs,按常理,μ子不可能穿过高度大于100 km的大气层到达地面,但实际上在地面上可以观测到许多μ子。则根据相对论可以确定:在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命___________(选填“大于”“等于”或“小于”)3.0 μs。如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面,观察者认为大气层厚度___________(选填“大于”“等于”或“小于”) 100 km;如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面,观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速___________(选填“大于”“等于”或“小于”)c。
15.(1)按照狭义相对论的观点,在太空中“迎着”光飞行的宇宙飞船上,观察者测得的光速___________(选填“大于”、“等于”、“小于”,其中为真空中的光速)。
(2)由于狭义相对论效应,北斗卫星导航系统卫星上的原子钟会因为高速运动而导致时间___________(选填“变慢”或“变快”),这些时钟如果不加以校正的话,系统每天将累积很大的定位误差,因此,这些卫星的软件需要计算和抵消相对论效应,确保定位准确。
四、解答题
16.有三只完全相同的时钟,钟A放在地面上,钟B、C各放在一艘飞船上,两艘飞船分别以速度和朝同一方向飞行,。在地面上的观察者看来,哪只时钟走得最快?哪只时钟走得最慢?
17.一列火车在前进中,车头和车尾各遭到一次闪电轰击.据车上的一个观察者测定,这两次轰击是同时发生的。试问:据地面上观察者的测定,它们是否仍然同时?如果不同时,车头和车尾哪处先遭到轰击?
18.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?
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案
1.B
【详解】
A.开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上,总结出了行星运动的规律,故A错误;
B.万有引力常量由卡文迪许在实验室里测出,故B正确;
C.牛顿建立的经典力学也有其适用范围,没有那个理论能完全解决自然界中所有的问题,故C错误;
D.根据爱因斯坦相对论可知,当物体的速度接近光速时,沿着运动方向的长度才明显缩短,然而“和谐号”动车组高速行驶时,速度仍达不到光速,则其车厢长度不变,故D错误。
故选B。
2.B
【详解】

Δt=
知,地面上的人观察到的结果为:A、B两火箭上的时钟都变慢了,又vA>vB,则A火箭上的时钟走得最慢,地面上的时钟走得最快,因此B正确,ACD错误。
故选B。
3.C
【详解】
A.经典力学只适用于宏观低速的物体,不适用于微观高速的物体,故A错误;
B.狭义相对论是研究时间和空间的关系,故B错误;
C.量子力学是研究物质世界微观粒子运动的规律,故C正确;
D.广义相对论是描写物质间引力相互作用的理论,故D错误。
故选C。
4.C
【详解】
AB.根据开普勒第二定律可知卫星在近地点的速度大于在远地点的速度,即
若卫星绕地心做轨道半径为的圆周运动时,根据

将卫星从半径r的圆轨道变轨到图示的椭圆轨道必须在近地点加速使其做离心运动,所以
故AB错误;
C.根据爱因斯坦的狭义相对论,运动具有延迟效应,故地面上的观察者看到飞船上的钟变慢了;由于近地点飞船的速度大,则地面上的观察者观察到飞船上的钟在近地点比在远地点走得更慢,故C正确;
D.根据相对论的延迟效应,飞船上的人以自己为参考系,认为地球在高速运动,故看到地球上的钟变慢了,故D错误。
故选C。
5.D
【详解】
当物体速度接近光速3.0×108 m/s时,由相对论规律可知,物体的质量将随速度的变化而变化,经典力学不再适用。
故选D。
6.A
【详解】
AB.经典力学是狭义相对论在低速()条件下的近似,即只要速度远远小于光速,经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式,故A正确,B错误;
C.相对论与量子力学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.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A。
7.ABC
【详解】
牛顿力学时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的,而相对论时空观认为时间和空间是紧密联系、不可分割的,故ABC正确,D错误。
故选ABC。
8.BC
【详解】
ABD.经典力学适用条件为宏观、低速。对微观、高速运动不再适用,故AD错误;B正确;
C.相对论与量子力学的出现可以补充经典力学的不足,但是不能替代经典力学的地位。故C正确。
故选BC。
9.ABC
【详解】
A.根据狭义相对论的速度变换公式可知,光速是物体的极限速度,一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速,选项A正确;
BC.由质量相对性、长度相对性和时间间隔的相对性可知,质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的,例如在惯性系中的观察者,观察一个与他做相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些,选项B、C均正确;
D.光速为极限速度,任何速度都不能超过真空中的光速,选项D错误。
故选ABC。
10.AB
【详解】
A.狭义相对论认为光速是自然界速度的极限,A正确;
B.根据相对论的内容可知,光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一,B正确;
C.根据尺缩效应,沿物体运动的方向上的长度将变短,火车以接近光速的速度通过站台时,车上乘客观察到站在站台的旅客变瘦,而不是变矮,C错误;
D.狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关,D错误。
故选AB。
11.ABD
【详解】
ABD.自行车、汽车、火车、飞机、导弹、卫星、宇宙飞船和地壳的运动均属于宏观、低速的问题,经典力学能适用,故ABD正确;
C.速度接近光速时,根据爱因斯坦相对论,会出现时间延长、空间缩短、质量增加等效应,不能用经典物理去解释,故C错误。
故选ABD。
12.BD
【详解】
考虑到相对论速度变换,导体杆相对于系在向右上方向运动,沿运动方向分量有尺缩效应,垂直于速度方向长度分量不变,所以杆向右下方,整体长度缩短。
故选BD。
13.相同 光速不变原理
【详解】
在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播,分别以火车上的人和地面的人看闪光,则闪光传播的速度相同,判断依据是光速不变原理。
14.大于 小于 等于
【详解】
μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs,根据时间延缓效应知,在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。
根据长度收缩效应得,如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面,观察者认为大气层厚度小于100 km。
根据光速不变原理得,如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面,观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c。
15.等于 变慢
【详解】
(1) 根据狭义相对论的观点:光速不变原理,即光速的大小与光源以及观察者的运动无关,所以观察者测出的光速都是c
(2) 根据时间间隔的相对性原理,北斗卫星导航系统卫星上的原子钟会因为高速运动而导致时间变慢。
16.A钟最快,C钟最慢。
【详解】
A放在地面上,在地面上的人看来,A钟没有变化;B、C两钟放在两个飞船上,根据爱因斯坦相对论可知,B、C变慢,由于,由
可知,C钟比B钟更慢,所以A钟最快,C钟最慢。
17.不同时,车尾先遭到轰击。
【详解】
由于车上的观察者测定两次轰击是同时发生的,根据光速不变原理,说明观察者在火车的中间。在地面上的观察者看来,闪电传到车尾需要传播的距离要短些,传到车头的距离要长些,所以车尾先遭到攻击。
18.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。答案第1页,共2页
答案第1页,共2页