7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 课时提升练(解析版)
一、选择题
1.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
2.A、B、C是三个完全相同的时钟,A放在地面上,B、C分别放在以速度和朝同一方向飞行的两个火箭上,且。地面上的观察者认为走得最快的时钟是( )
A.A时钟 B.B时钟
C.C时钟 D.无法确定
3.继哥白尼提出”太阳中心说”,开普勒提出行星运动三定律后,牛顿站在巨人的肩膀上,创立了经典力学,揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律。爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足,又进一步发展了牛顿的经典力学,创立了相对论。这说明( )
A.世界无限大,人不可能认识世界
B.人的意识具有能动性,能够随意地对客观世界说三道四
C.人对世界的每一个正确认识都有局限性,需要发展和深化
D.每一个认识都可能被后人推翻,人都不可能获得正确的认识
4.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
5.以下说法不正确的是( )
A.开普勒通过研究第谷的行星观察记录,最终提出行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B.海王星的发现验证了万有引力定律的正确性,显示了理论对实践的巨大指导作用
C.绝对时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
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
6.下列说法正确的是( )
A.牛顿是国际单位制中的基本单位
B.研究原子核结构时,因原子核很小,可把原子核看作质点
C.在铁路的转弯处,通常要求外轨比内轨高,目的是减轻轮缘与轨道间的侧向挤压
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
7.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
8.以下有关物理史实的说法,正确的是( )
A.开普勒总结了万有引力定律 B.日心说是伽利略首先提出来的
C.万有引力常量G是牛顿最先测出的 D.狭义相对论理论是爱因斯坦建立的
9.下列说法正确的是( )
A.开普勒将法拉第的几千个观察数据归纳成简洁的三定律,揭示了行星运动的规律
B.伽利略设计实验证实了力是维持物体运动的原因
C.卡文迪许通过实验测出了万有引力常量
D.经典力学不适用于宏观低速运动
10.下列说法正确的是( )
A.在发现万有引力定律的过程中使用了“月—地检验”
B.牛顿利用扭秤测定引力常量时用到了微小形变放大法
C.开普勒研究第谷的行星观测记录总结出行星运动规律并发现了万有引力定律
D.相对论时空观和量子力学否定了牛顿力学
11.关于物体的质量,下列说法不正确的是( )
A.在经典力学中,物体的质量是保持不变的
B.在经典力学中,物体的质量随物体的速度的变化而变化
C.在狭义相对论中,物体静止时的质量最小
D.在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大
12.在物理学理论研究中,“高速”一般指接近光速,“低速”一般指远小于光速,下列所述情境中适合应用牛顿定律的是( )
A.宏观且低速 B.宏观且高速 C.微观且低速 D.微观且高速
13.下列说法正确的是( )
A.在光导纤维束内传送图像是利用光的折射原理
B.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
C.一束自然光相继通过两个平行偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度不发生变化
D.科学家可以通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度
14.假设一列100m长的火车以接近光速的速度穿过一根100m长的隧道,它们的长度都是在静止状态下测量的,下列关于看到的现象判断正确的是( )
A.相对隧道静止的观察者会看到,火车变短,在某些位置上,隧道能完全遮住它
B.相对隧道静止的观察者会看到,隧道变短,在某些位置上,火车从隧道的两端伸出来
C.相对火车静止的观察者会看到,火车变短,在某些位置上,隧道能完全遮住它
D.相对火车静止的观察者会看到,隧道变短,在某些位置上,火车从隧道的两端伸出来
15.下列说法正确的是( )
A.单摆做简谐运动时,在平衡位置所受合力不为0
B.在连续均匀的海浪冲击下,停在海面的小船上下振动,是共振现象
C.做简谐运动的物体每次通过同一位置时,都具有相同的加速度和位移
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.在波的传播过程中,质点的振动频率等于波源的振动频率,振动速度等于波的传播速度
二、解答题
16.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?
参考答案
1.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。
2.A
【详解】
根据狭义相对论可知,时间间隔具有相对性,满足关系式
由于A相对观察者静止,而B、C均相对观察者高速运动,所以地面上的观察者认为走得最快的时钟是A。
故选A。
3.C
【详解】
人类对客观规律的认识是长期的,曲折的,甚至是错误的。但人的意识具有能动性,通过不断的实践、概括,最终能够正确地反映客观世界。人对世界的每一个正确认识都有局限性,需要发展和深化
故选C。
4.D
【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。
5.D
【详解】
A.开普勒通过研究第谷的行星观察记录,最终提出行星绕太阳运动三大定律,其中第一定律指明行星的轨道是椭圆,A正确,不符合题意;
B.海王星的发现验证了万有引力定律的正确性,显示了理论对实践的巨大指导作用,B正确,不符合题意;
C.绝对时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的,相对时空观认为空间、时间、质量三者是相互联系的,不是彼此孤立存在的,C正确,不符合题意;
D.当物体的运动速度远小于光速时,相对论的结论和牛顿力学的结论就相同了,在接近光速时,牛顿力学不再使用,只能用相对论解释,D错误,符合题意;
故选D。
6.C
【详解】
A.国际单位制中力学的基本单位只有千克、米、秒,没有牛顿。A错误;
B.研究原子核结构时,原子核的大小和形状不能忽略,如果把原子核看做质点,就没办法研究其结构,所以不能。B错误;
C.火车拐弯需要向心力,如果内外轨道一样高,向心力只由外轨对轮缘的弹力提供,若在铁路的转弯处,外轨比内轨高,可以使轨道的支持力提供一部分向心力,可以减轻轮缘与轨道间的侧向挤压;C正确;
D.相对论的“高速”指的是接近光速,“和谐号”动车组高速行驶时,速度与光速相比依然很小,所以在地面上测得的其车厢长度不会明显变短。D错误。
故选C。
7.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
得
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。
8.D
【详解】
A.开普勒总结了开普勒三定律。A错误;
B.日心说是哥白尼首先提出来的。B错误;
C.万有引力常量G是卡文迪许最先测出的。C错误;
D.狭义相对论理论是爱因斯坦建立的。D正确。
故选D。
9.C
【详解】
A.开普勒将第谷的几千个观察数据归纳成简洁的三定律,揭示了行星运动的规律,A错误;
B.伽利略设计理想实验得出力不是维持物体运动的原因,B错误;
C.卡文迪许通过实验测出了万有引力常量的数值,C正确;
D.经典力学的适用范围是宏观、低速运动,D错误。
故选C。
10.A
【详解】
A.在发现万有引力定律的过程中使用了“月—地检验”。故A正确;
B.卡文迪许利用扭秤测定引力常量时用到了微小形变放大法。故B错误;
C.开普勒研究第谷的行星观测记录总结出行星运动规律并发现了开普勒定律。故C错误;
D.相对论时空观和量子力学没有否定牛顿力学,只是证明了牛顿力学的局限性。故D错误。
故选A。
11.B
【详解】
AB.在经典力学中,物体的质量是保持不变的,故A正确,B错误;
C.在狭义相对论中,由于物体的速度v不可能达到光速c,所以v1-()2<1
根据
m=
可知CD正确。
本题选不正确的,故选B。
12.A
【详解】
牛顿定律适用范围是宏观低速的情景。
故选A。
13.BD
【详解】
A.在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射原理,故A错误;
B.爱因斯坦的狭义相对论指出,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,即光速不变原理,故B正确;
C.自然光是偏振光,只有振动方向与偏振片方向相同的光可以透过,所以一束自然光相继通过两个平行偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度会发生变化,故C错误;
D.科学家可以通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度,是光的多普勒效应,故D正确;
故选BD。
14.AD
【详解】
AB.相对于隧道静止的观察者看到火车在运动,所以火车比隧道短,在某些位置火车会完全处在隧道内部,A正确,B错误;
CD.相对火车静止的观察者会看到隧道在运动,所以隧道比火车短,在某些位置火车两端都伸出隧道,C错误,D正确。
故选AD。
15.ACD
【详解】
A.单摆做简谐运动时,在平衡位置所受回复力为0,但合力不为0,A项正确;
B.在连续均匀的海浪冲击下,停在海面的小船上下振动,是受迫振动,不一定产生共振,B项错误;
C.做简谐运动的物体每次通过同一位置时位移相同,回复力相同,故加速度相同,C项正确;
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,即光速不变原理,D项正确;
E.在波的传播过程中,质点的振动频率等于波源的振动频率,但波的传播速度是由介质决定的,与质点的振动速度无关,E项错误。
故选ACD。
16. (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