第七章 第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性提升练习（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第七章 第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性提升练习（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 63.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-14 14:15:22 | ||
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文档简介
2019人教版必修第二册 第七章 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性 提升练习
一、多选题
1．下列说法正确的是（ ）
A．牛顿力学中认为时间与空间是绝对的
B．火车太长，地球和太阳质量太大，所以在研究其运动时不能看成质点
C．在验证力的平行四边形定则的实验中，应用得科学方法是等效替代
D．速度变化大的物体，其加速度也大
2．以下说法正确的是（ ）
A．相对论与量子力学并没有否定经典力学理论
B．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变的
C．经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
二、单选题
3．下列说法正确的是（ ）
A．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场
B．伽利略利用扭秤实验测出了引力常量
C．第谷基于对行星的观测数据，提出了开普勒三大定律
D．1687年，开普勒发现了万有引力定律
4．下列说法符合事实的是（ ）
A．伽利略认为，在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的
B．牛顿通过扭秤实验第一次精确测出了引力常量的数值
C．亚里士多德认为轻重不同的物体从同一高度静止释放，下落一样快
D．开普勒通过对第谷的观测数据的分析中发现了万有引力定律
5．研究下列物体的运动，不适合使用经典力学描述的是（ ）
A．行驶的自行车 B．接近光速运动的粒子
C．投出的篮球 D．飞驰的汽车
6．一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为（ ）
A．洞口为椭圆形，隧道长度变短
B．洞口为圆形、隧道长度不变
C．洞口为椭圆形、隧道长度不变
D．洞口为圆形，隧道长度变短
7．下列说法中不正确的是（ ）
A．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动
B．牛顿推导万有引力的过程中用到牛顿第二第三定律及开普勒第三定律
C．爱因斯坦创立了狭义相对论
D．牛顿通过扭秤实验测出万有引力常量
8．相对于地球的速度为v的一飞船，要到离地球为5光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为3光年，则v应为（ ）
A． B． C． D．
三、解答题
9．一支静止时长10 m的飞行物以3 km/s的速度从观察者的身边掠过，观察者测得飞行物的长度应为多少？飞行物上的人测得飞行物的长度应为多少？如果飞行物的速度为光速的三分之一呢？
四、填空题
10．相对论给出了物体在___________状态下所遵循的规律，量子力学给出了___________世界所遵循的规律，而牛顿力学只适用于___________，不适用于___________。
11．如图所示，一列火车以速度v相对地面运动，地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁。若此光源安放在地面上，则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁；若此光源安放在火车上；则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁。
12．1.下列说法中正确的是____
A．照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜，利用了光的干涉原理
B．光照射遮挡物形成的影轮廓模糊，是光的衍射现象
C．太阳光是偏振光
D．为了有效地发射电磁波，应该采用长波发射
2.甲、乙两人站在地面上时身高都是L0, 甲、乙分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为光速）的飞船同向运动，如图所示．此时乙观察到甲的身高L____L0；若甲向乙挥手，动作时间为t0，乙观察到甲动作时间为t1，则t1____t0（均选填“>”、“ =”或“<”）．
13．20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了________，改变了经典力学的一些结论．在经典力学中，物体的质量是________的，而相对论指出质量随着速度变化而________．经典力学只适用于解决________问题，不能用来处理________问题．
14．如图所示，沿平直铁路线有间距均为L的三座铁塔A、B和C，三座铁塔高也均为L．假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，列车上的观测者测得塔高_______（选填“小于”、“等于”或“大于”）相邻塔间间距．当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得铁塔________（选填“A”或“C”）先被照亮．
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．AC
【解析】
【详解】
A．牛顿力学中认为时间与空间是绝对的．爱因斯坦的相对论对牛顿时空观的一种改变，从绝对时空观变成了相对时空观，故A正确；
B.物体能否看作质点，与物体的长度和质量无关，关键看长度和质量对研究结果有无影响．如研究地球绕太阳公转时，地球可以看作质点．故B错误；
C.在验证力的平行四边形定则的实验中，合力作用和分力同时作用的作用效果等效，应用得科学方法是等效替代，故C正确；
D. 速度变化大的物体，如果所用时间长，其加速度不一定大，故D错误．
2．AC
【解析】
【详解】
A．相对论与量子力学并没有否定经典力学理论，选项A正确；
B．在经典力学中，物体的质量是不随运动状态而改变的，选项B错误；
C．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，选项C正确；
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，故经典力学是适用的，选项D错误。
故选AC。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场。A正确；
B．卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量。B错误；
C．开普勒基于对行星的观测数据，提出了开普勒三大定律。C错误；
D．1687年，牛顿发现了万有引力定律。D错误。
故选A。
4．A
【解析】
【详解】
A．伽利略的相对性原理指出，在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，故A正确；
B．卡文迪什通过扭秤实验第一次精确测出了引力常量的数值，故B错误；
C．亚里士多德认为轻重不同的物体从同一高度静止释放，重的物体比轻的物体下落快，故C错误；
D．开普勒通过对第谷的观测数据的分析中发现了开普勒行星运动定律，故D错误。
故选A。
5．B
【解析】
【分析】
根据题中“不适合经典力学的物体的运动”可知，本题考查经典力学规律适用范围，运用经典力学规律适用范围的判断条件：经典力学适用于宏观物体及低速运动，进行分析．
【详解】
解：A.C.D、行驶的自行车、投出的篮球以及飞驰的汽车 的运行都属低速，经典力学能适用．故ACD不符合题意．故ACD错误；
B、粒子接近光速运动，属于高速，而微观粒子的能量，则是微观粒子，所以经典力学就不在适用，故B正确．
【点睛】
当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加，不适合使用经典力学描述．
6．D
【解析】
【详解】
在运动方向上由于有“尺缩效应”，故隧道长度变短；在垂直运动方向上，没有“尺缩效应”，即洞口为圆形
A. 洞口为椭圆形，隧道长度变短与上述分析结论不相符，故A不符合题意；
B. 洞口为圆形、隧道长度不变与上述分析结论不相符，故B不符合题意；
C. 洞口为椭圆形、隧道长度不变与上述分析结论不相符，故C不符合题意；
D. 洞口为圆形，隧道长度变短与上述分析结论相符，故D符合题意．
7．D
【解析】
【详解】
A．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，故A正确，不符合题意；
B．牛顿推导万有引力的过程中用到牛顿第二第三定律及开普勒第三定律，故B正确，不符合题意；
C．爱因斯坦创立了狭义相对论，故C正确，不符合题意；
D．卡文迪许通过扭秤实验测出万有引力常量，故D错误，符合题意。
故选D。
8．D
【解析】
【详解】
根据距离的相对性公式，有
则有
代入数据有
解得
故选D。
9．10 m 10 m 9.43 m
【解析】
【详解】
飞行物相对于飞行物上的人是静止的，所以不管飞行物的速度是多少，飞行物上的人测得的飞行物长与静止时相同，为L0＝10 m．如果飞行物的速度为v1＝3×103 m/s.
地面观察者测得的飞行物长L1为≈10 m如果飞行物的速度为v2＝c/3，地面观察者测得的火箭长L2为
≈9.43 m.
点睛：记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握长度的相对性，同时要注意运动的相对性．
10． 高速 微观 低速运动和宏观世界 高速运动和微观世界
【解析】
【分析】
【详解】
[1]相对论给出了物体在高速运动状态下所遵循的规律。
[2]量子力学给出了微观世界所遵循的规律。
[3][4]而牛顿力学只适用于低速运动和宏观世界，不适用于高速运动和微观世界。
11． 前 前
【解析】
【分析】
【详解】
[1]地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁。
[2]若此光源安放在火车上，光源和车相对静止，由于光源距前壁的距离近，所以车上的人的测量结果是闪光先到达前壁。
12． AB = >
【解析】
【详解】
1、在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入射时相互抵消，这时光谱中其它频率的光将大部分抵消，因此，进入镜头的光有很多，但以阻挡绿光为主，这样照相的效果更好，对于增透膜，有约1.3%的光能量会被反射，再加之对于其它波长的光，给定膜层的厚度是这些光在薄膜中的波长的倍，从薄膜前后表面的反射绿光相互抵消．这是利用了光的干涉原理，故A正确；光照射遮挡物形成的影轮廓模糊，是由于光的衍射造成的．故B正确；太阳光是自然光，各个方向振动的光都有，故C错误；频率越高，波长越短，电磁波发射效率越高，故为了有效地发射电磁波，应该采用微波发射，故D错误．
（2）身高L=L0，因为人是垂直于物体速度方向的，没有尺缩效应，故乙观察到甲的身高L=L0；根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙的钟要更慢一点（相对于甲），故乙观察到甲动作时间为t1＞t0．
13． 相对论 不变 变化 宏观低速 微观高速
【解析】
【详解】
根据爱因斯坦的相对论，可知质量、长度、时间都是相对的，它们的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变；在经典力学中，物体的质量是不变的；经典力学适用于低速运动、宏观物体．不适用于高速和微观物体．
【点睛】经典力学的局限性是适用于宏观物体及低速运动．对于高速和微观物体，经典力学就不再适用．
14． 大于 C
【解析】
【分析】
[1][2]．狭义相对论有两个显著的效应，即时间延迟和尺度缩短，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应；同时在列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮．
【详解】
由于车沿AC方向运动，根据相对论可知，两塔之间的测量的距离将减小，但是测量塔的高度不变，所以列车上的观察者测得塔高大于相邻塔间间距；
列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮．
【点睛】
本题考查相对论初步，关键要掌握这些知识点的基础知识．
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
一、多选题
1．下列说法正确的是（ ）
A．牛顿力学中认为时间与空间是绝对的
B．火车太长，地球和太阳质量太大，所以在研究其运动时不能看成质点
C．在验证力的平行四边形定则的实验中，应用得科学方法是等效替代
D．速度变化大的物体，其加速度也大
2．以下说法正确的是（ ）
A．相对论与量子力学并没有否定经典力学理论
B．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变的
C．经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
二、单选题
3．下列说法正确的是（ ）
A．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场
B．伽利略利用扭秤实验测出了引力常量
C．第谷基于对行星的观测数据，提出了开普勒三大定律
D．1687年，开普勒发现了万有引力定律
4．下列说法符合事实的是（ ）
A．伽利略认为，在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的
B．牛顿通过扭秤实验第一次精确测出了引力常量的数值
C．亚里士多德认为轻重不同的物体从同一高度静止释放，下落一样快
D．开普勒通过对第谷的观测数据的分析中发现了万有引力定律
5．研究下列物体的运动，不适合使用经典力学描述的是（ ）
A．行驶的自行车 B．接近光速运动的粒子
C．投出的篮球 D．飞驰的汽车
6．一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为（ ）
A．洞口为椭圆形，隧道长度变短
B．洞口为圆形、隧道长度不变
C．洞口为椭圆形、隧道长度不变
D．洞口为圆形，隧道长度变短
7．下列说法中不正确的是（ ）
A．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动
B．牛顿推导万有引力的过程中用到牛顿第二第三定律及开普勒第三定律
C．爱因斯坦创立了狭义相对论
D．牛顿通过扭秤实验测出万有引力常量
8．相对于地球的速度为v的一飞船，要到离地球为5光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为3光年，则v应为（ ）
A． B． C． D．
三、解答题
9．一支静止时长10 m的飞行物以3 km/s的速度从观察者的身边掠过，观察者测得飞行物的长度应为多少？飞行物上的人测得飞行物的长度应为多少？如果飞行物的速度为光速的三分之一呢？
四、填空题
10．相对论给出了物体在___________状态下所遵循的规律，量子力学给出了___________世界所遵循的规律，而牛顿力学只适用于___________，不适用于___________。
11．如图所示，一列火车以速度v相对地面运动，地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁。若此光源安放在地面上，则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁；若此光源安放在火车上；则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁。
12．1.下列说法中正确的是____
A．照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜，利用了光的干涉原理
B．光照射遮挡物形成的影轮廓模糊，是光的衍射现象
C．太阳光是偏振光
D．为了有效地发射电磁波，应该采用长波发射
2.甲、乙两人站在地面上时身高都是L0, 甲、乙分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为光速）的飞船同向运动，如图所示．此时乙观察到甲的身高L____L0；若甲向乙挥手，动作时间为t0，乙观察到甲动作时间为t1，则t1____t0（均选填“>”、“ =”或“<”）．
13．20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了________，改变了经典力学的一些结论．在经典力学中，物体的质量是________的，而相对论指出质量随着速度变化而________．经典力学只适用于解决________问题，不能用来处理________问题．
14．如图所示，沿平直铁路线有间距均为L的三座铁塔A、B和C，三座铁塔高也均为L．假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，列车上的观测者测得塔高_______（选填“小于”、“等于”或“大于”）相邻塔间间距．当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得铁塔________（选填“A”或“C”）先被照亮．
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．AC
【解析】
【详解】
A．牛顿力学中认为时间与空间是绝对的．爱因斯坦的相对论对牛顿时空观的一种改变，从绝对时空观变成了相对时空观，故A正确；
B.物体能否看作质点，与物体的长度和质量无关，关键看长度和质量对研究结果有无影响．如研究地球绕太阳公转时，地球可以看作质点．故B错误；
C.在验证力的平行四边形定则的实验中，合力作用和分力同时作用的作用效果等效，应用得科学方法是等效替代，故C正确；
D. 速度变化大的物体，如果所用时间长，其加速度不一定大，故D错误．
2．AC
【解析】
【详解】
A．相对论与量子力学并没有否定经典力学理论，选项A正确；
B．在经典力学中，物体的质量是不随运动状态而改变的，选项B错误；
C．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，选项C正确；
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，故经典力学是适用的，选项D错误。
故选AC。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场。A正确；
B．卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量。B错误；
C．开普勒基于对行星的观测数据，提出了开普勒三大定律。C错误；
D．1687年，牛顿发现了万有引力定律。D错误。
故选A。
4．A
【解析】
【详解】
A．伽利略的相对性原理指出，在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，故A正确；
B．卡文迪什通过扭秤实验第一次精确测出了引力常量的数值，故B错误；
C．亚里士多德认为轻重不同的物体从同一高度静止释放，重的物体比轻的物体下落快，故C错误；
D．开普勒通过对第谷的观测数据的分析中发现了开普勒行星运动定律，故D错误。
故选A。
5．B
【解析】
【分析】
根据题中“不适合经典力学的物体的运动”可知，本题考查经典力学规律适用范围，运用经典力学规律适用范围的判断条件：经典力学适用于宏观物体及低速运动，进行分析．
【详解】
解：A.C.D、行驶的自行车、投出的篮球以及飞驰的汽车 的运行都属低速，经典力学能适用．故ACD不符合题意．故ACD错误；
B、粒子接近光速运动，属于高速，而微观粒子的能量，则是微观粒子，所以经典力学就不在适用，故B正确．
【点睛】
当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加，不适合使用经典力学描述．
6．D
【解析】
【详解】
在运动方向上由于有“尺缩效应”，故隧道长度变短；在垂直运动方向上，没有“尺缩效应”，即洞口为圆形
A. 洞口为椭圆形，隧道长度变短与上述分析结论不相符，故A不符合题意；
B. 洞口为圆形、隧道长度不变与上述分析结论不相符，故B不符合题意；
C. 洞口为椭圆形、隧道长度不变与上述分析结论不相符，故C不符合题意；
D. 洞口为圆形，隧道长度变短与上述分析结论相符，故D符合题意．
7．D
【解析】
【详解】
A．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，故A正确，不符合题意；
B．牛顿推导万有引力的过程中用到牛顿第二第三定律及开普勒第三定律，故B正确，不符合题意；
C．爱因斯坦创立了狭义相对论，故C正确，不符合题意；
D．卡文迪许通过扭秤实验测出万有引力常量，故D错误，符合题意。
故选D。
8．D
【解析】
【详解】
根据距离的相对性公式，有
则有
代入数据有
解得
故选D。
9．10 m 10 m 9.43 m
【解析】
【详解】
飞行物相对于飞行物上的人是静止的，所以不管飞行物的速度是多少，飞行物上的人测得的飞行物长与静止时相同，为L0＝10 m．如果飞行物的速度为v1＝3×103 m/s.
地面观察者测得的飞行物长L1为≈10 m如果飞行物的速度为v2＝c/3，地面观察者测得的火箭长L2为
≈9.43 m.
点睛：记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握长度的相对性，同时要注意运动的相对性．
10． 高速 微观 低速运动和宏观世界 高速运动和微观世界
【解析】
【分析】
【详解】
[1]相对论给出了物体在高速运动状态下所遵循的规律。
[2]量子力学给出了微观世界所遵循的规律。
[3][4]而牛顿力学只适用于低速运动和宏观世界，不适用于高速运动和微观世界。
11． 前 前
【解析】
【分析】
【详解】
[1]地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁。
[2]若此光源安放在火车上，光源和车相对静止，由于光源距前壁的距离近，所以车上的人的测量结果是闪光先到达前壁。
12． AB = >
【解析】
【详解】
1、在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入射时相互抵消，这时光谱中其它频率的光将大部分抵消，因此，进入镜头的光有很多，但以阻挡绿光为主，这样照相的效果更好，对于增透膜，有约1.3%的光能量会被反射，再加之对于其它波长的光，给定膜层的厚度是这些光在薄膜中的波长的倍，从薄膜前后表面的反射绿光相互抵消．这是利用了光的干涉原理，故A正确；光照射遮挡物形成的影轮廓模糊，是由于光的衍射造成的．故B正确；太阳光是自然光，各个方向振动的光都有，故C错误；频率越高，波长越短，电磁波发射效率越高，故为了有效地发射电磁波，应该采用微波发射，故D错误．
（2）身高L=L0，因为人是垂直于物体速度方向的，没有尺缩效应，故乙观察到甲的身高L=L0；根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙的钟要更慢一点（相对于甲），故乙观察到甲动作时间为t1＞t0．
13． 相对论 不变 变化 宏观低速 微观高速
【解析】
【详解】
根据爱因斯坦的相对论，可知质量、长度、时间都是相对的，它们的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变；在经典力学中，物体的质量是不变的；经典力学适用于低速运动、宏观物体．不适用于高速和微观物体．
【点睛】经典力学的局限性是适用于宏观物体及低速运动．对于高速和微观物体，经典力学就不再适用．
14． 大于 C
【解析】
【分析】
[1][2]．狭义相对论有两个显著的效应，即时间延迟和尺度缩短，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应；同时在列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮．
【详解】
由于车沿AC方向运动，根据相对论可知，两塔之间的测量的距离将减小，但是测量塔的高度不变，所以列车上的观察者测得塔高大于相邻塔间间距；
列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮．
【点睛】
本题考查相对论初步，关键要掌握这些知识点的基础知识．
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