5.1经典力学的巨大成就和局限性基础巩固（Word版含答案）

5.1经典力学的巨大成就和局限性基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．关于经典力学的成就与局限性的有关说法不正确的是（　　）
A．经典力学又称牛顿力学
B．与经典力学体系相适应，牛顿建立了绝对时空观
C．经典力学能解释微观世界丰富多彩的现象
D．经典力学只适用于宏观（）、低速（）、弱引力场（例如地球附近）
2．下列说法中正确的是（　　）
A．经典力学只适用于微观、高速、弱引力场
B．万有引力常量是牛顿利用扭秤实验测得
C．开普勒借助导师第谷的丰富观测数据计算并提出了开普勒三大定律
D．当外力不足以提供物体做匀速圆周运动的向心力时，物体将做直线运动
3．牛顿力学的适用范围是（　　）
A．适用于宏观物体的低速运动（与光速相比） B．适用于微观粒子的运动
C．适用于宏观物体的高速（与光速相比）运动 D．适用于受到很强引力作用的物体
4．在下列运动中，牛顿运动定律可能不适用的是（　　）
A．电子绕原子核运动 B．篮球被投出后在空中飞行
C．超音速飞机在高空飞行 D．地球绕太阳运动
5．通过物理学史的学习，能让我们增长见识，加深对物理学的理解，还能从前人的经验中得到启示．下列说法正确的是( )
A．第谷提出了行星运动三大定律，在此基础上，牛顿发现了万有引力定律
B．卡文迪许用实验测定了引力常量
C．冥王星被称为“笔尖下发现的行星”
D．经典力学也适用于微观高速强引力的领域
6．下列说法错误的是（ ）
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体、弱引力
B．火车超过限定速度转弯时，车轮轮缘将会挤压铁轨的外轨
C．做匀速圆周运动的物体，所受合外力是恒力
D．卡文迪许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
7．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
8．关于经典力学，下列说法正确的是（　　）
A．经典力学适用于任何领域
B．相对论和量子力学完全否定了经典力学
C．经典力学适用于宏观物体做高速（接近光速）运动的情况
D．当物体运动速度远小于光速时，相对论与经典力学的结论几乎没有区别
9．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
10．许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列表述正确的是（　　）
A．牛顿运动定律既适应于物体的低速运动，也适应于物体的高速运动
B．伽利略通过著名的扭秤实验测出了引力常量的数值
C．卡文迪许发现了万有引力定律，被称为“称量地球的质量”的人
D．开普勒行星运动三大定律揭示了行星的运动规律，为万有引力定律的发现奠定了基础
11．下列说法符合物理学史的是（　　）
A．牛顿对引力常量进行准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中
B．法国科学家库仑发现了电荷之间的相互作用规律，从而得出库仑定律
C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论适用于宏观高速弱引力的情况
D．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的，并在此之后发现了万有引力定律
12．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
13．物理学的发展极大地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，促进了人类文明的进步，关于物理学中运动与力的发展过程和研究方法的认识，下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略对自由落体运动研究方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法
B．伽利略正确认识运动和力的关系，同时建立惯性定律
C．牛顿运动定律是研究动力学问题的基石，牛顿三定律对于微观、高速的运动情景也适用
D．牛顿发现了万有引力定律，并给出了引力常量的数值
14．对于下列运动，经典力学不适用的是（　　）
A．粒子以接近光速的速度运动
B．汽车在高速公路上快速行驶
C．嫦娥五号探测器绕月球飞行
D．战斗机从辽宁号航母上起飞
15．关于经典力学，下列说法正确的是( )
A．仅适用于微观粒子的运动
B．适用于宏观物体的低速运动
C．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
D．经典力学中，物体的长度与其运动速度有关
二、填空题（共4题）
16．开普勒第三定律表达式为___________。以牛顿定律为基础理论建立的经典力学，适用范围为___________运动的物体。
17．牛顿运动定律只适用于_____运动的_____现象。如物体的运动速度接近光速（）时，必须由_____提出的_____来研究，如研究电子、质子、光子等微观粒子的物理现象时必须由_____力学来说明解决。
18．牛顿运动定律适用于范围是______，爱因斯坦的相对论适用于范围是______。
19．如果一观察者测得运动着的米尺长0.5m（米尺的静止长度为1m），则此尺相对于观察者的速度为______。
三、综合题（共4题）
20．将一枚面值一元的硬币用确定的速度向上抛起，你能否断定（不是猜测）它落地时哪一面朝上？请试一试，这种现象能用牛顿力学解释吗？
21．撰写一篇题为“关于伽利略、牛顿的科学研究方法对物理学发展的意义”的小论文。
22．半人马星座内的星是离太阳系最近的恒星，它与地球间的距离约为。假设有一宇宙飞船往返于地球和半人马星座内的星之间，若宇宙飞船的速率为，则：
(1)按地球上的时钟计算，飞船往返一次需要多少时间？
(2)按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间又为多少？（计算结果均保留三位有效数字）
23．利用互联网收集经典力学在科学技术方面的典型应用事例。
参考答案
1．C
2．C
3．A
4．A
5．B
6．C
7．C
8．D
9．C
10．D
11．B
12．C
13．A
14．A
15．B
16． 低速、宏观
17．低速 宏观 爱因斯坦 相对论 量子
18．宏观低速运动 高速运动
19．2.60×108m/s
20．
不能断定，一枚硬币的两面不可能同时出现，且出现的几率相同，由不确定原理，两种可能都能发生。该现象不能用经典力学解释。可以由经典力学的应用以及概率来分析，抛出的硬币落地时哪一面朝上是具有随机性的，投掷的次数越多，正面或者背面朝上的几率越趋于相等，各占50%。
21．
伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合。伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力得作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量．伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推．所以伽利略用来抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法。
伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验（这是其他物理家在研究同一问题上缺少的关键环节），并对假说进行修正和推广。
他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路，他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导.这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。
牛顿是物理学史上最伟大的科学家之一，他除在自然科学的许多学科都做出了划时代的贡献之外，还继承和发展了伽利略所开创的近代科学研究方法。正是这些方法使得牛顿的科学理论十分富有成效，“直到19世纪末，它一直是理论物理学领域中每一个工作者的纲领。”他的研究方法，指导了以后几代物理学家的研究工作。一、实验方法与抽象方法
实验方法是科学研究的基本方法。它既是获得经验知识，为科学理论的建立提供原始资料的途径和方法，同时也是检验科学理论和假说的重要途径和手段，牛顿对于实验十分重视。在他的著作中反复强调了实验和观察的重要性，他坚持认为自然哲学家要把他的概括建立在对现象的仔细考察的基础上。他指出：“虽然用归纳法来从实验和观察中进行论证不能算是普遍的结论，但它是事物的本性所许可的最好论证方法。“牛顿还进一步指出：“我所以相信我提出的理论是对的，不是由于它来自这样一种推论，因为它不能别样而只能这样，也就是说，不仅仅由于驳倒了与它们相反的假设，而是因为它是从得出肯定而直接的结论的一些实验中推导出来的。所以考察它的方法，就在于考虑我所提出的实验是否确定了这个理论中应用了这些实验的那些部分，或者是去进行理论自身的验证而提出其他实验。”可见牛顿是相当重视科学实验的，他把它作为科学研究的最基本方法之一。
牛顿的科学研究是以实验为基础的。他历来十分注意科学观察和实验。他曾制造过风筝、日规和漏壶，还研磨过棱镜。他还设计了许多精巧的实验装置和仪器。例如他设计和制造了第一个反射望远镜。他做过许多出色的科学实验，如色散实验和干涉实验等。他的一些重大成果是与实验密切相关的。牛顿进行的科学实验有不少是研究探索性的，但更多的是验证性实验。除了他个人的实验和观察外，他十分注意从前人和其他科学家的实验和观察来获得大量的经验和证据。这样就使他的理论是建立在更加广泛的实验的基础之上的。
牛顿建立力学理论，提出一般原理时，仅仅应用实验法是不够的。用实验方法还不能使牛顿提出力学三大定律。他还应用了抽象方法，例如第一定律指出：“每个物体继续保持其静止或沿一直线运动的状态，除非有力加于其上迫使改变这种状态。”这里所描述的是物体不受外力作用下的状态。一般来说，观察一个物体的运动要有一个观察者或某种观察记录仪器，但是任何物体之间都是存在着引力作用的。一个被观察的物体是不可能不受外力的作用。其实惯性定律是通过对物体运动做出的抽象而建立的。科学抽象也是牛顿进行科学研究的一种基本方法。在牛顿力学中有不少概念和原理的提出是与应用抽象方法分不开的。牛顿绝对空间、绝对时间的概念也是抽象的结果。牛顿引力理论的建立同样离不开抽象方法的运用。引力定律是在开普勒定律基础上进行高层抽象的结果。作为低层抽象的开普勒定律是描述性的经验定律，而作为高层抽象的万有引力定律是解释性的原理。
理想化是科学抽象的一种形式。理想化方法是用理想的客体代替实在的客体进行科学研究的一种重要方法。运用这一方法能够大大的简化研究对象，有利于逻辑推理和发现事物的规律。牛顿在力学研究中运用了这种方法。实际上惯性定律的提出就应用了这一方法，它是在考察假想、纯化形态下物体的运动规律时得到的。引力定律实际上也是一个“理想模型”。在引力问题的研究中，牛顿实际上已运用了“质点”这一理想化的概念。虽然牛顿在他的著作中没有强调抽象方法。但他在科学研究中却多次应用了这种方法，他对许多问题的归纳概括也包含着大量的科学抽象。抽象方法的应用补充了牛顿实验研究的不足。
22．(1)；(2)
23．例如利用经典力学规律，人类在航空航天技术中设计制造了人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等。