5.1牛顿力学的成就与局限性 学科素养提升练（word解析版）

5.1牛顿力学的成就与局限性 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．在科学的发展历程中，许多科学家做出了杰出的贡献。下列叙述符合物理学史实的是（　　）
A．牛顿总结出了行星运动的三大规律
B．开普勒测出了万有引力常量
C．爱因斯坦发现了万有引力定律
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学只适用于宏观物体的低速运动问题
2．经典力学不能适用下列哪些运动（　　）
A．火箭的发射 B．宇宙飞船绕地球的运动
C．“勇气号”宇宙探测器在太空的运动 D．微观粒子的波动性
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．经典力学体系是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论，是整个现代物理学和天文学基础，关于经典力学的适用范围，下列说法中正确的是（　　）
A．微观、低速和强引力场 B．宏观、高速和弱引力场
C．宏观、低速和弱引力场 D．微观、高速和强引力场
5．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
6．关于物理学史，下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略发现了行星运动的规律
B．开普勒通过实验测定了引力常量
C．爱因斯坦的狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体
D．牛顿进行了“月一地检验”，得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论
7．相对论和量子力学的出现使人们认识到经典力学的适用范围是（　　）
A．低速运动；宏观世界 B．低速运动；微观世界
C．高速运动；微观世界 D．高速运动；宏观世界
8．关于牛顿力学，下列说法正确的是（　　）
A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动
B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论
D．由于相对论、量子力学的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
9．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
10．火箭发射升空，并成功将卫星送入预定轨道。则（　　）
A．经典力学认为火箭的速度越大，长度越大
B．经典力学认为火箭的速度越大，质量越大
C．虽然卫星在轨速度高达3.1km/s，但经典力学依然可以精确描述其运动
D．经典力学也适用精确描述高速电子的运动及进行量子通信的研究
11．在历史的长河中，学者甲根据人们的生活经验提出，维持物体运动需要力，学者乙根据理想实验应用推理提出了，物体的运动不需要力来维持；学者丙总结、研究了前人的知识，创造性地提出了三条运动定律。下面说法中正确的是（　　）
A．甲是哥白尼，提出了日心说
B．乙是伽利略，指出了甲学者的错误之处
C．丙是牛顿，提出了在任何情况下都适用的运动定律
D．丙是牛顿，否定了甲和乙的观点
12．美国科学家于2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是 （　　）
A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动
B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论
D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
13．来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达千里级的量子密钥分发．下列说法正确的是（ ）
A．经典力学适用于“量子号”绕地球运动的规律，
B．经典力学适用于光子的运动规律，
C．量子力学可以描述“量子号”发出“两道红光”的运动规律
D．量子密钥分发的发现说明经典力学已经失去了使用价值
14．一艘大船在平静的大洋中匀速行驶，一个人在其密闭的船舱内向各个不同的方向做立定跳远实验，并想由此来判断船航行的方向，假设他每次做的功相同，下列说法不正确的是（　　）
A．如果向东跳得最远，则船向东行驶
B．如果向东跳得最近，则船向东行驶
C．他向各个方向跳的最大距离相同，但不能由此判断船行方向
D．他向各个方向跳的最大距离不同，但不能由此判断船行方向
15．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
二、解答题
16．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）
17．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？
参考答案
1．D
【详解】
A．开普勒利用第谷的行星运动数据总结出了行星运动的三大规律，故A错误；
B．卡文迪许利用扭称实验测出了万有引力常量，故B错误；
C．牛顿发现了万有引力定律，故C错误；
D．根据爱因斯坦的相对论理论可知，以牛顿运动定律为基础的经典力学只适用于宏观物体的低速运动问题，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
经典力学在接近光速的高速运动情况下不能适用，火箭、宇宙飞船等物体虽然速度较大，但还远远小于光速，故在火箭的发射、太空飞行器的运动中，经典力学仍适用。经典力学不适用于微观物体。故选项D正确ABC错误。
故选D。
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．C
【详解】
经典力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的；经典力学的基础是牛顿运动定律，但不只包含牛顿定律，牛顿运动定律能够解决宏观物体的低速运动问题，在生产、生活及科技方面起着重要作用；经典力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础。但经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场，故C正确，ABD错误。
故选C。
5．C
【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。
6．D
【详解】
A．开普勒发现了行星运动的规律，所以A错误；
B．卡文迪许通过实验测定了引力常量，所以B错误；
C．爱因斯坦的狭义相对论既适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，所以C错误；
D．牛顿进行了“月一地检验”，得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论，所以D正确；
故选D。
7．A
【详解】
相对论和量子力学的出现使人们认识到经典力学的适用范围是低速运动、宏观世界，A正确，BCD错误。
故选A。
8．A
【详解】
A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动，A正确；
B．牛顿力学取得了巨大的成就，但它也有一定的局限性，并不是普遍适用的，B错误；
CD．在微观高速运动中，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学在其适用范围内仍然是正确的，故不会过时也不会失去应用价值，CD错误。
故选A。
9．A
【详解】
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，故A项正确；
B．牛顿正确认识运动和力的关系，同时建立惯性定律，故B项错误；
C．牛顿运动定律是研究动力学问题的基石，牛顿三定律适用于宏观、低速的运动情景，对于微观、高速的运动情景不适用，故C项错误；
D．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量的数值，故D项错误。
故选A。
10．C
【分析】
由题可知本题考查经典力学的适用范围。
【详解】
AB．经典力学认为，物体的长度和质量与物体的速度无关，故AB错误；
C．经典力学适用于宏观低速物体，虽然卫星在轨速度高达3.1km/s，但经典力学依然可以精确描述其运动，故C正确；
D．经典力学适用于宏观低速物体，不适用微观高速粒子，则经典力学不适用精确描述高速电子的运动及进行量子通信的研究，故D错误。
故选C。
11．B
【详解】
我们在学习一条物理定律的同时，还要对有关定律发展的物理学史有所了解。甲是亚里士多德，他根据生活经验提出“力是维持物体运动的原因”的观点，这一观点长期统治着人们的思想；乙是伽利略，他通过理想实验，应用严密的推理否定了亚里士多德的观点；丙是牛顿，他在物理学的很多领域都有成就，在动力学方面，他在继承前人的基础上提出三条运动定律。但是，牛顿运动定律只适用于宏观、低速的情况，具有一定的局限性，综上所述，应选答案B。
故选B。
12．A
【详解】
A．牛顿力学适用于低速运动的宏观物体，故 A正确；
B．牛顿力学取得了巨大的成就，但它具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；
CD．在微观高速领域，要用量子力学和相对论理论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，不会失去价值，故C、D错误。
故选A。
13．AC
【解析】
【详解】
A．经典力学适用于宏观低速的物体运动，卫星的运动相对微观粒子的运动速度小很多，属于宏观低速，故A正确．
B．量子力学适用于微观高速的物体运动，如光子的运动，故B错误．
CD．量子力学和经典力学的适用范围不同，各自在自己的范围内是有价值的，并不会失去用处；故C正确，D错误．
故选AC．
【点睛】
万有引力定律是科学史上最伟大的定律之一，其将地面上物体运动的规律与天体运动的规律．经典力学只适用于低速运动和宏观世界，以及弱引力作用的情况，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大．
14．ABD
【详解】
在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动，匀速行驶的大船是一惯性系。
故选ABD。
15．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．
16．(1)；(2)
【详解】
(1)由于题中星与地球的距离s和宇宙飞船的速率v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔
(2)把飞船离开地球和回到地球视为两个事件，飞船上的时钟测出两事件的时间间隔与地球上所测的时间间隔之间满足时间延缓效应的关系式。按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔
17．见解析
【详解】
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%。