7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
自主提升过关练(解析版)
一、选择题
1.下列说法正确的是( )
A.开普勒利用自己观察的行星运动数据,通过数学方法建立了开普勒三定律
B.“月地检验”表明地面上的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从同样的规律
C.物理学公认:卡文迪许是第一个在实验室“称量地球质量”的人
D.随着相对论和量子力学等新科学的提出,经典力学作为新科学在一定条件下的特殊情形,被包括在了新的科学成就之中
2.用相对论的观点判断,下列说法正确的是( )
A.时间和空间都是绝对的,在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度不会改变
B.在地面上的人看来,以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢,但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C.在地面上的人看来,以10km/s的速度向上运动的飞船在运动方向上会变短,而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D.当物体运动的速度时,时间变化和长度变化效果可忽略不计
3.下列说法正确的是( )
A.相对论与量子力学否定了经典力学理论
B.狭义相对论只适用于惯性参考系
C.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象,露珠呈现的彩色是光的色散现象,通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
D.光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
4.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
5.关于相对论时空观与牛顿力学的局限性,下列说法中正确的是( )
A.相对论和量子力学更加深入地研究运动规律,彻底否认了经典力学
B.相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
C.牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
D.经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例
6.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
7.宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统,其中有一种三星系统如图所示,三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点,三角形边长为L,忽略其他星体对它们的引力作用,三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动,引力常量为G,下列说法正确的是( )
A.每颗星做圆周运动的角速度为
B.每颗星做圆周运动的加速度大小与三星的质量无关
C.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍,则周期变为原来的2倍
D.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍,则线速度变为原来的4倍
8.如下图所示,惯性系S中有一边长为l的立方体,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是( )
A. B.
C. D.
9.下列说法正确的是( )
A.据报道有人在从武汉到广州的高速列车中,自己手表变慢了,说明了经典力学的局限性
B.加速上行电梯中的物体对地板压力比电梯停止的时候大,不能用经典力学观点解释
C.牛顿利用大量的实验得出了万有引力定律
D.经典力学适用于低速运动、宏观世界
10.关于相对论及相关问题,下列说法正确的是( )
A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,物理规律可能不同
B.当物体运动速度时,物体的质量,即物体的质量改变了,故经典力学不再适用
C.当物体以较小的速度运动时,质量变化十分微小,如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化
D.按照相对论理论,一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速
11.下列关于物理史实说法正确的是( )
A.哥白尼提出日心说,并总结出行星运行的规律
B.开普勒认为所有行星轨道的半长轴的二次方跟它公转周期的三次方的比值都相等
C.牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许测出了万有引力常量
D.爱因斯坦认为时间和空间都是绝对的
12.如图所示,小明乘速度为(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的小军,小军的飞行速度为,小明向小军发出一束光进行联络,则小明观测到该光束的传播速度为( )
A. B. C. D.
13.下列说法中正确的是( )
A.伽利略发现了万有引力定律,并测得了引力常量
B.当r趋近于零时,两个物体间的万有引力趋近于无穷大
C.处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度不为零
D.相对论时空观认为在不同的惯性参考系中,一切物理规律相同
14.按照相对论的时空观,下列说法正确的是( )
A.时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的
B.在不同的惯性参考系中,光的传播速度都是相同的
C.运动物体的长度跟物体的运动快慢无关
D.在高速运动的飞机上,原子钟的计时会变快
15.下列说法符合物理学史的是( )
A.哥白尼提出了日心说并发现了行星沿椭圆轨道运行的规律
B.牛顿提出了万有引力定律,是第一个“能称出地球质量”的人
C.“月一地检验”表明,地面物体所受地球的引力和月球所受地球的引力遵从相同的规律
D.经典力学理论在天体力学研究中,取得了巨大的成就,大到天体,小到微观粒子均适用
二、解答题
16.同时的相对性是什么意思?为什么会有这种相对性?如果光速是无限大,是否还有这种相对性?
17.试分析伽利略相对性原理与狭义相对论中相对性原理的区别和联系.
试卷第页,共页
参考答案:
1.BCD
【解析】
【详解】
A.开普勒利用第谷观察的行星运动数据,通过数学方法建立了开普勒三定律,故A错误;
B.“月地检验”表明地面上的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从同样的规律,故B正确;
C.卡文迪许首先根据扭秤实验测出了引力常量G,从而根据万有引力等于重力求出了地球的质量,所以物理学公认:卡文迪许是第一个在实验室“称量地球质量”的人,故C正确;
D.随着相对论和量子力学等新科学的提出,经典力学作为新科学在一定条件下的特殊情形,被包括在了新的科学成就之中,故D正确。
故选BCD。
2.BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A.按照相对论的观点,时间和空间都是相对的,A错误;
B.由
可知,运动的时钟变慢了,但飞船中的时钟相对宇航员静止,时钟准确,B正确;
C.由
可知,地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小,C正确;
D.当 v c 时,时间变化和长度变化效果可忽略不计,D正确。
故选BCD。
3.BC
【解析】
【分析】
【详解】
A.相对论与量子力学并不否定经典力学理论,后者是前者在一定条件下的特殊情形,A错误;
B.根据狭义相对论的基本假设可知,B正确;
C.根据光现象的成因知,C正确;
D.全息照相不是利用光的全反射原理,而是利用光的干涉原理,D错误。
故选BC。
4.B
【解析】
【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。
5.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.相对论和量子力学并没有否定经典力学,认为经典力学是在一定条件下的特殊情形,故A错误;
B.根据狭义相对论的光速不变原理,真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的,故B错误;
C.牛顿定律属于经典力学的研究范畴,适用于宏观、低速运动的物体,低速和高速的标准是相对于光速,可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射,故C错误;
D.经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例,它包含于相对论和量子力学中,故D正确。
故选D。
6.B
【解析】
【详解】
由
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。
7.C
【解析】
【详解】
AB.任意两星间的万有引力
F=G
对任一星受力分析,如图所示,由图中几何关系知
r=L
F合=2Fcos30°=F
由牛顿第二定律可得
F合=mω2r
联立可得
ω=
an=ω2r=
AB错误;
C.由周期公式可得
T==2π
L和m都变为原来的2倍,则周期
T′=2T
C正确;
D.由速度公式可得
v=ωr=
L和m都变为原来的2倍,则线速度
v′=v
大小不变,D错误。
故选C。
8.D
【解析】
【详解】
根据相对论效应可知,沿x轴方向正方形边长缩短,沿y轴方向正方形边长不变。
故选D。
9.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.从武汉到广州的高速列车中的速度与光速相比是可以忽略不计的,故不需要考虑相对论效应,故A错误;
B.加速上行电梯中的物体对地板压力比电梯停止的时候大,是超重,可以根据牛顿第二定律解释,故B错误;
C.万有引力定律是牛顿利用开普勒定律和牛顿定律推导出的,并没有利用大量的实验,故C错误;
D.经典力学适用于低速运动、宏观世界,不适用与高速移动的微观粒子,故D正确;
故选D。
10.C
【解析】
【详解】
A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的,故A错误;
BC.根据狭义相对论,当物体运动速度v>0时,物体的质量m>m0,即物体的质量改变了,但当物体以较小的速度运动时(即时),物体质量的变化十分微小,如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化,此时经典力学仍然适用,故B错误,C正确;
D.按照相对论理论,一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度都不可能超过光速,故D错误。
故选C。
11.C
【解析】
【分析】
【详解】
A.哥白尼提出日心说,开普勒总结出行星运行的规律。故A错误;
B.开普勒认为所有行星轨道的半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等。故B错误;
C.牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许测出了万有引力常量。故C正确;
D.爱因斯坦认为时间和空间都是相对的。故D错误。
故选C。
12.D
【解析】
【详解】
根据爱因斯坦相对论,在任何参考系中,光速不变,即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变,所以小明观测到该光束的传播速度为c。
故选D。
13.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许测出了引力常量G,故A错误;
B.当r趋近于零时,物体不能看成质点, 不再成立,所以不能得到万有引力趋近于无穷大的结论,故B错误;
C.处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度处处为零,故C错误;
D.相对论时空观认为在不同的惯性参考系中,一切物理规律相同,故D正确。
故选D。
14.B
【解析】
【分析】
【详解】
A.相对论的时空观认为时间和空间与物体及其运动都有关系,故A错误;
B.相对论的时空观认为在不同的惯性参考系中,光的传播速度都是相同的,故B正确;
C.相对论的时空观认为运动物体的长度跟物体的运动快慢有关,故C错误;
D.相对论的时空观认为在高速运动的飞机上,原子钟的计时会变慢,故D错误。
故选B。
15.C
【解析】
【分析】
【详解】
A.开普勒提出了日心说并发现了行星沿椭圆轨道运行的规律,A错误;
B.牛顿提出了万有引力定律,卡文迪许测出了万有引力常量,被人们称为“能称出地球质量的人”,B错误;
C.“月一地检验”表明,地面物体所受地球的引力和月球所受地球的引力遵从相同的规律,C正确;
D.经典力学只适用于宏观物体和低速运动的问题,不适用于微观物体和高速运动的问题,D错误。
故选C。
16.见解析
【解析】
【分析】
【详解】
(1)在某一参考系中,如一物理事件在某地 ,某时刻发生,另一物理事件在另一地,某时刻发生,若,我们就说这两个事件是同时发生的,但这个同时是在同一参考系中发生的,所以具有相对性。
(2)在参考系K中,两个事件是同时发生的,而在相对于K系以某一速度v运动的参考系中,两个事件不是同时发生的,即事件的同时性因参考系的选择而异,所以有这种相对性。
(3)如果光速c是无穷大,若两个事件在某一参考系中是同时发生的,则在所有参考系中,这两个事件都是同时发生的。因此,就没有同时的相对性,或者说同时性是绝对的。
17.见解析
【解析】
【详解】
经典相对性原理(伽利略相对性原理):任何密闭惯性参照系内的试验,不能判断参照系是静止还是做匀速直线运动。
狭义相对论中相对性原理:物理体系的状态变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
不同点是经典力学相对性原理只适用于描述机械运动的力学规律,采用的是各惯性系不变的绝对时空观,推导出的是伽利略变换,可以保证机械力学规律的坐标变换不变性,但不能保证电磁运动规律的坐标变换不变性,所以本质上只适用于低速力学现象。
两种情况下的相对性原理都是在惯性系中成立的,同时性不随惯性系的选择而变化。
试卷第页,共页