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．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
2．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
3．关于经典力学，下列说法中正确的是（　　）
A．相对论否定了经典力学理论
B．经典力学可以解决自然界中所有的问题
C．经典力学适用于微观领域质子、电子的运动
D．经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动
4．下列说法错误的是（　　）
A．开普勒通过对天体运动的观测数据进行分析计算，总结出行星运动三大定律
B．牛顿通过实验室中实验得出万有引力定律
C．在宏观、低速条件下牛顿力学能很好地描述物体的运动规律
D．牛顿“月—地”检验表明地面物体所受地球引力与月球所受地球引力遵循同样的规律
5．经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（　　）
A．2.5×10-1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s
6．关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是（　　）
A．相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论
B．在物体高速运动时，物体的运动规律适用于相对论，在低速运动时，物体的运动规律适用于牛顿运动定律
C．牛顿力学适用于宏观物体的运动，也适用于微观粒子的运动
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的
7．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万有引力常量
C．木星被称为“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
8．牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上，总结出牛顿运动定律和万有引力定律，建立了完整的经典力学体系，物理学从此成为一门成熟的自然科学，下列有关说法正确的是( )
A．牛顿认为力的真正效应是维持物体的速度
B．牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础
C．牛顿巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里测出了引力常量的数值
D．经典力学的建立标志着近代自然科学进入了微观世界
9．下列说法正确的是（ ）
A．曲线运动物体的速度可能不变
B．匀速圆周运动物体的合外力一定不为零
C．哥白尼发现了行星运动三大定律
D．经典力学适用于宏观高速物体
10．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
11．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重大贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法，下列关于物理学史和物理学方法的叙述中正确的是（　　）
A．牛顿发现了万有引力定律，他被称为“称量地球质量”第一人
B．卡文迪许为了检验万有引力定律的正确性，首次进行了“月-地检验”
C．经典力学理论是普遍适用得，大到天体，小到微观粒子均适用
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
12．牛顿运动定律不适用于下列哪种情况（ ）
A．研究原子中电子的运动
B．研究“嫦娥一号”飞船的高速发射
C．研究地球绕太阳的运动
D．研究飞机从马来西亚飞往北京的航线
13．关于牛顿运动定律，以下说法正确的是( )
A．物体不受外力作用时，保持原有运动状态不变的性质叫惯性，故牛顿第一运动定律又叫惯性定律
B．牛顿第一定律是牛顿第二定律在物体不受外力或所受合外力为零，物体的加速度a＝0条件下的特例，所以牛顿第二定律可以替代牛顿第一定律
C．牛顿运动定律仅适用于宏观物体，只可用于解决物体的低速运动问题
D．作用力和反作用力总是同一性质的力，它们产生的作用效果一定相同
14．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
15．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
二、填空题（共4题）
16．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______。
17．科学实践总是要不断向前推进，从1687年的________力学到1905年爱因斯坦的________论，这标志了人类对于自然界规律的认识向前跨进了一大步。
18．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。
19．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。
三、综合题（共4题）
20．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。
21．也许你会疑惑，为什么在日常生活中未发现长度收缩、时间延缓或质量随速度增大而增加的现象。请你从长度收缩公式和质速关系式出发，探索牛顿运动定律在宏观低速世界的合理性。
22．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。
23．如图所示，质子束被加速到接近光速，经典力学适用于质子束的运动规律吗？
参考答案
1．C
2．A
3．D
4．B
5．D
6．B
7．B
8．B
9．B
10．C
11．D
12．A
13．C
14．D
15．B
16．宏观低速运动 高速运动
17．牛顿 相对
18．大于 小于 等于
19．低速 宏观 爱因斯坦 相对论 量子
20．
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。
21．
根据长度的相对性：，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小；时间间隔的相对性：．时间有延缓效应；当物体运动的速度v＜＜c，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，质量时间可认为不变，牛顿运动具有合理性。
22．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。
23．不适用。