7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习题（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习题（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 101.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-17 21:20:26 | ||
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文档简介
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、单选题
1．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
2．关于相对论及相关问题，下列说法正确的是（ ）
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，物理规律可能不同
B．当物体运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化
D．按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速
3．下列情境中，经典力学不适用的是（ ）
A．修建港珠澳大桥
B．洗衣机将衣物脱水
C．发射快舟一号运载火箭
D．微观粒子以接近光的速度运动
4．下列对经典力学的说法中，不正确的是（ ）
A．牛顿建立了经典力学的理论体系
B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律
C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象
D．相对论和量子理论完全否定了经典力学
5．以下说法正确的是（ ）
A．卡文迪许测量出万有引力常量，并提出万有引力定律
B．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力
C．开普勒提出日心说，并指出行星绕太阳转动其轨道为椭圆
D．洲际导弹的速度有时可达到，此速度在相对论中属于高速，导弹的质量会明显增大
6．下列说法中不正确的是（ ）
A．杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
B．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小
C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
7．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（ ）
A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学
B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例
8．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB，在地面上的人观察到的结果正确的是（ ）
A．火箭A上的时钟走得最快 B．地面上的时钟走得最快
C．火箭B上的时钟走得最快 D．火箭B上的时钟走得最慢
二、多选题
9．以下关于狭义相对论的理解正确的是（ ）
A．狭义相对论认为光速是自然界速度的极限
B．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一
C．火车以接近光速的速度通过站台时，车上乘客观察到站在站台上的旅客变矮
D．狭义相对论认为空间和时间都是独立存在的，与物质的运动状态无关
10．下列说法中属于牛顿力学时空观的观点的是（ ）
A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化
B．时间和空间不依赖人们的意识而存在
C．时间和空间是绝对的
D．时间和空间是紧密联系、不可分割的
11．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
三、填空题
12．发现万有引力定律的物理学家是_____，建立相对论的物理学家是_____。
13．设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．
四、解答题
14．以8 km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？
15．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求：
(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；
(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；
(3)该粒子运动时的动能。
16．在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动。问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
17．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？
试卷第1页，共3页
试卷第3页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【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。
2．C
【解析】
【详解】
A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A错误；
BC.根据狭义相对论，当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，但当物体以较小的速度运动时（即时），物体质量的变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化，此时经典力学仍然适用，故B错误，C正确；
D.按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度都不可能超过光速，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
经典力学只适用于宏观、低速运动，不适用于微观、高速运动，这里的“高速”是指接近真空中光的传播速度。
故选D。
4．D
【解析】
【详解】
A．牛顿建立了经典力学的理论体系，A正确，不符合题意；
B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律，因为高速列车的速度远低于光速，B正确，不符合题意；
C．经典力学不适合微观高速，所以用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象，C正确，不符合题意；
D．相对论和量子理论没有否定经典力学，D错误，符合题意。
故选D。
5．B
【解析】
【详解】
A．卡文迪许测量出万有引力常量，提出万有引力定律是牛顿，故A错误；
B．牛顿通过著名的“地月检验”证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力，故B正确；
C．最早提出日心说的是哥白尼，故C错误；
D．远小于光速，仍符合经典力学规律，不需要要狭义相对论的规律，导弹的质量没有明显变化，故D错误。
故选B。
6．C
【解析】
【详解】
A．经典物理学家认为，空间是绝对的，杆的长度与观察者相对其是否运动无关，故A说法正确，不符合题意；
B．狭义相对论认为，沿杆子方向运动的杆子的长度比它静止时的长度短，故B说法正确，不符合题意；
C．当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C说法错误，符合题意；
D．根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，故D说法正确，不符合题意。
故选C。
7．D
【解析】
【详解】
A．相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，故A错误；
B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错误；
C．牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误；
D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学中，故D正确。
故选D。
8．B
【解析】
【详解】
由
Δt＝
知，地面上的人观察到的结果为：A、B两火箭上的时钟都变慢了，又vA＞vB，则A火箭上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快，因此B正确，ACD错误。
故选B。
9．AB
【解析】
【详解】
A．狭义相对论认为光速是自然界速度的极限，A正确；
B．根据相对论的内容可知，光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，B正确；
C．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光速的速度通过站台时，车上乘客观察到站在站台的旅客变瘦，而不是变矮，C错误；
D．狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，D错误。
故选AB。
10．ABC
【解析】
【详解】
牛顿力学时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，而相对论时空观认为时间和空间是紧密联系、不可分割的，故ABC正确，D错误。
故选ABC。
11．BC
【解析】
【详解】
AB．根据开普勒第二定律可知，从远地点到近地点卫星做加速运动，而近地点到远地点，卫星做减速运动，所以近地点的速度大于远地点的即
若卫星绕地心做轨道半径为r的圆周运动时，线速度大小为，将卫星从半径为r的圆轨道变轨到图示的椭圆轨道，必须在近地点加速，所以有
故B正确，A错误；
C．根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应，故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，C正确；
D．根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应，飞船中的观察者发现静止于地面的钟走慢了，故D错误；
故选BC。
12． 牛顿 爱因斯坦
【解析】
【详解】
发现万有引力定律的物理学家是牛顿，建立相对论的物理学家是爱因斯坦。
13．k；
【解析】
【详解】
根据相对论的知识，静止物体的能量是E=m0c²(m0是静止时的质量),运动时的能量E′=mc²（m为运动时的质量） E′/E=K m/m0=K；由相对论的质量关系式，解得．
14．Δt＝(1＋3.6×10－10) min
【解析】
【详解】
根据相对论公式可知
min＝(1＋3.6×10－10) min
15．(1)5.87×10－8s；(2)15.85m；(3)2.89×10－11J
【解析】
【详解】
(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足
τ′＝＝s＝5.87×10－8s
(2)平均距离
d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m
(3)粒子的静止质量
m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg
粒子的动能为
Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J
16．l03
【解析】
【详解】
本题中正立方体相对于另一坐标系以速度v运动，一条边与运动方向平行，则坐标系中观察者测得该条边的长度为l=l0
测得立方体的体积为V=l02l=l03。
17．(1)；(2)
【解析】
【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
答案第1页，共2页
答案第7页，共1页
一、单选题
1．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
2．关于相对论及相关问题，下列说法正确的是（ ）
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，物理规律可能不同
B．当物体运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化
D．按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速
3．下列情境中，经典力学不适用的是（ ）
A．修建港珠澳大桥
B．洗衣机将衣物脱水
C．发射快舟一号运载火箭
D．微观粒子以接近光的速度运动
4．下列对经典力学的说法中，不正确的是（ ）
A．牛顿建立了经典力学的理论体系
B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律
C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象
D．相对论和量子理论完全否定了经典力学
5．以下说法正确的是（ ）
A．卡文迪许测量出万有引力常量，并提出万有引力定律
B．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力
C．开普勒提出日心说，并指出行星绕太阳转动其轨道为椭圆
D．洲际导弹的速度有时可达到，此速度在相对论中属于高速，导弹的质量会明显增大
6．下列说法中不正确的是（ ）
A．杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
B．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小
C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
7．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（ ）
A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学
B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例
8．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB，在地面上的人观察到的结果正确的是（ ）
A．火箭A上的时钟走得最快 B．地面上的时钟走得最快
C．火箭B上的时钟走得最快 D．火箭B上的时钟走得最慢
二、多选题
9．以下关于狭义相对论的理解正确的是（ ）
A．狭义相对论认为光速是自然界速度的极限
B．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一
C．火车以接近光速的速度通过站台时，车上乘客观察到站在站台上的旅客变矮
D．狭义相对论认为空间和时间都是独立存在的，与物质的运动状态无关
10．下列说法中属于牛顿力学时空观的观点的是（ ）
A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化
B．时间和空间不依赖人们的意识而存在
C．时间和空间是绝对的
D．时间和空间是紧密联系、不可分割的
11．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
三、填空题
12．发现万有引力定律的物理学家是_____，建立相对论的物理学家是_____。
13．设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．
四、解答题
14．以8 km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？
15．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求：
(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；
(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；
(3)该粒子运动时的动能。
16．在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动。问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
17．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？
试卷第1页，共3页
试卷第3页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【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。
2．C
【解析】
【详解】
A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A错误；
BC.根据狭义相对论，当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，但当物体以较小的速度运动时（即时），物体质量的变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化，此时经典力学仍然适用，故B错误，C正确；
D.按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度都不可能超过光速，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
经典力学只适用于宏观、低速运动，不适用于微观、高速运动，这里的“高速”是指接近真空中光的传播速度。
故选D。
4．D
【解析】
【详解】
A．牛顿建立了经典力学的理论体系，A正确，不符合题意；
B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律，因为高速列车的速度远低于光速，B正确，不符合题意；
C．经典力学不适合微观高速，所以用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象，C正确，不符合题意；
D．相对论和量子理论没有否定经典力学，D错误，符合题意。
故选D。
5．B
【解析】
【详解】
A．卡文迪许测量出万有引力常量，提出万有引力定律是牛顿，故A错误；
B．牛顿通过著名的“地月检验”证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力，故B正确；
C．最早提出日心说的是哥白尼，故C错误；
D．远小于光速，仍符合经典力学规律，不需要要狭义相对论的规律，导弹的质量没有明显变化，故D错误。
故选B。
6．C
【解析】
【详解】
A．经典物理学家认为，空间是绝对的，杆的长度与观察者相对其是否运动无关，故A说法正确，不符合题意；
B．狭义相对论认为，沿杆子方向运动的杆子的长度比它静止时的长度短，故B说法正确，不符合题意；
C．当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C说法错误，符合题意；
D．根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，故D说法正确，不符合题意。
故选C。
7．D
【解析】
【详解】
A．相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，故A错误；
B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错误；
C．牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误；
D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学中，故D正确。
故选D。
8．B
【解析】
【详解】
由
Δt＝
知，地面上的人观察到的结果为：A、B两火箭上的时钟都变慢了，又vA＞vB，则A火箭上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快，因此B正确，ACD错误。
故选B。
9．AB
【解析】
【详解】
A．狭义相对论认为光速是自然界速度的极限，A正确；
B．根据相对论的内容可知，光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，B正确；
C．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光速的速度通过站台时，车上乘客观察到站在站台的旅客变瘦，而不是变矮，C错误；
D．狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，D错误。
故选AB。
10．ABC
【解析】
【详解】
牛顿力学时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，而相对论时空观认为时间和空间是紧密联系、不可分割的，故ABC正确，D错误。
故选ABC。
11．BC
【解析】
【详解】
AB．根据开普勒第二定律可知，从远地点到近地点卫星做加速运动，而近地点到远地点，卫星做减速运动，所以近地点的速度大于远地点的即
若卫星绕地心做轨道半径为r的圆周运动时，线速度大小为，将卫星从半径为r的圆轨道变轨到图示的椭圆轨道，必须在近地点加速，所以有
故B正确，A错误；
C．根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应，故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，C正确；
D．根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应，飞船中的观察者发现静止于地面的钟走慢了，故D错误；
故选BC。
12． 牛顿 爱因斯坦
【解析】
【详解】
发现万有引力定律的物理学家是牛顿，建立相对论的物理学家是爱因斯坦。
13．k；
【解析】
【详解】
根据相对论的知识，静止物体的能量是E=m0c²(m0是静止时的质量),运动时的能量E′=mc²（m为运动时的质量） E′/E=K m/m0=K；由相对论的质量关系式，解得．
14．Δt＝(1＋3.6×10－10) min
【解析】
【详解】
根据相对论公式可知
min＝(1＋3.6×10－10) min
15．(1)5.87×10－8s；(2)15.85m；(3)2.89×10－11J
【解析】
【详解】
(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足
τ′＝＝s＝5.87×10－8s
(2)平均距离
d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m
(3)粒子的静止质量
m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg
粒子的动能为
Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J
16．l03
【解析】
【详解】
本题中正立方体相对于另一坐标系以速度v运动，一条边与运动方向平行，则坐标系中观察者测得该条边的长度为l=l0
测得立方体的体积为V=l02l=l03。
17．(1)；(2)
【解析】
【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
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