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 | 73.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-23 05:49:43 | ||
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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．物理学的发展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，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（ ）
A．牛顿发现了万有引力定律
B．“地心说”的代表人物是哥白尼
C．相对论的创立表明经典力学已不再适用
D．经典力学既适用于弱相互作用，也适用于强相互作用
2．下列运动中不能用经典力学规律描述的是（ ）
A．子弹的飞行 B．粒子接近光速的运动
C．人造卫星绕地球运动 D．和谐号从南通向上海飞驰
3．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
4．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
5．有关物理学家的说法，符合史实的是（ ）
A．伽利略最早发现行星运动轨道是椭圆
B．牛顿发现万有引力定律，并测定引力常量G的数值
C．卡文迪许是第一次称量地球质量的人
D．开普勒创建狭义相对论与广义相对论
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．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
二、多选题
8．下列说法正确的是（ ）
A．相对论与量子力学否定了经典力学理论
B．狭义相对论只适用于惯性参考系
C．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
D．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
9．以下说法正确的是（ ）
A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．牛顿力学理论的成立具有一定的局限性
C．在牛顿力学中，物体的长度不随运动状态的改变而改变
D．相对论与量子力学否定了牛顿力学理论
三、填空题
10．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟，________上的钟更快。
11．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______。
12．在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度______（填写“相同”或“不同”），判断依据是________
13．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。
四、解答题
14．地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过,另一飞船B以速度2.0×108 m/s 跟随A飞行．求:
（1）A上的乘客看到B的相对速度;
（2）B上的乘客看到A的相对速度．
15．一列火车在前进中，车头和车尾各遭到一次闪电轰击．据车上的一个观察者测定，这两次轰击是同时发生的。试问：据地面上观察者的测定，它们是否仍然同时？如果不同时，车头和车尾哪处先遭到轰击？
16．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：
(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动；
(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
A．人们一般都认为牛顿从观察到苹果落地就总结出了万有引力定律，故A正确；
B．“地心说”的代表人物是托米勒，“日心说”的代表人物是哥白尼，故B错误；
C．经典力学适用于宏观物体和低速运动的物体，对于微观世界和高速运动的物体不再适用，相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，故C错误；
D．经典力学只适用于弱相互作用，不适用于强相互 作用，故D错误。
故选A。
2．B
【解析】
【详解】
ACD．经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、人造卫星绕地球的运行、列车的运动，经典力学能适用，故ABC错误；
B．对于微观高速的情形经典力学不适用，故B正确。
故选B。
3．C
【解析】
【详解】
AB．根据开普勒第二定律可知卫星在近地点的速度大于在远地点的速度，即
若卫星绕地心做轨道半径为的圆周运动时，根据
得
将卫星从半径r的圆轨道变轨到图示的椭圆轨道必须在近地点加速使其做离心运动，所以
故AB错误；
C．根据爱因斯坦的狭义相对论，运动具有延迟效应，故地面上的观察者看到飞船上的钟变慢了；由于近地点飞船的速度大，则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，故C正确；
D．根据相对论的延迟效应，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，故D错误。
故选C。
4．D
【解析】
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，而卡文迪许通过实验测量并计算得出了万有引力常量，因此卡文迪许被称为“称量地球的质量”的人，故A错误；
B．牛顿进行了“月-地检验”，得出天上和地下的物体间的引力作用都遵从万有引力定律，故B错误；
C．经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，故C错误；
D．开普勒接受了哥白尼日心说的观点，并根据第谷对行星运动观察记录的数据，应用严密的数学运算和椭圆轨道假说，得出行星运动定律，故D正确。
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．开普勒最早发现行星运动轨道是椭圆，故A错误；
BC．牛顿发现万有引力定律，但是引力常量G的数值是卡文迪许测出来的，被称为“称量地球质量的人”，故B错误，C正确；
D．爱因斯坦创建狭义相对论与广义相对论，故D错误。
故选C。
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．A
【解析】
【详解】
经典力学适用于宏观低速，不适用于微观高速；
A. 粒子以接近光速的速度运动，是高速运动，经典力学不适用；
B. 汽车在高速公路上快速行驶，是宏观低速运动，经典力学适用；
C. 嫦娥五号探测器绕月球飞行，是宏观低速运动，经典力学适用；
D. 战斗机从辽宁号航母上起飞，是宏观低速运动，经典力学适用。
故选A。
8．BC
【解析】
【详解】
A．相对论与量子力学并不否定经典力学理论，后者是前者在一定条件下的特殊情形，A错误；
B．根据狭义相对论的基本假设可知，B正确；
C．根据光现象的成因知，C正确；
D．全息照相不是利用光的全反射原理，而是利用光的干涉原理，D错误。
故选BC。
9．BC
【解析】
【详解】
A．牛顿力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，故A错误；
B．牛顿力学只在一定条件下适用，具有一定局限性，故B正确；
C．牛顿力学研究的是低速运动问题，物体的长度变化很小，可以认为不变，故C正确；
D．相对论和量子力学并没有否定牛顿力学，认为牛顿力学是在一定条件下的特殊情形，故D错误。
故选BC。
10．飞船
【解析】
【详解】
根据钟慢效应，宇宙飞船相对于地球高速运动的过程中，飞船的人观察飞船是不运动的，而地球是高速运动的，所以飞船上的时钟没有变慢，正常走时，而地球上的钟变慢了
11． 宏观低速运动 高速运动
【解析】
【详解】
牛顿运动定律适用于范围是宏观低速运动。
爱因斯坦的相对论适用于范围是高速运动。
12． 相同 光速不变原理
【解析】
【详解】
在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度相同，判断依据是光速不变原理。
13． 大于 小于 等于
【解析】
【详解】
μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。
根据长度收缩效应得，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小于100 km。
根据光速不变原理得，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等于c。
14．（1）-1.125×108 m/s（2）1.125×108 m/s
【解析】
【详解】
试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．
（1）A上乘客看地以的速度向后，在地面看B以的速度向前，
则A上乘客看B的速度为；
（2）B看A则相反为；
15．不同时，车尾先遭到轰击。
【解析】
【详解】
由于车上的观察者测定两次轰击是同时发生的，根据光速不变原理，说明观察者在火车的中间。在地面上的观察者看来，闪电传到车尾需要传播的距离要短些，传到车头的距离要长些，所以车尾先遭到攻击。
16．(1)0.946c (2)4.0s
【解析】
【详解】
这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v=0.60c，彗星相对S系的速率ux=0.80c，
（1）由速度变换可得所求结果
即彗星以0.946c的速率向飞船靠近；
（2）由时间间隔的相对性有
解得
Δτ=4.0s
答案第1页，共2页
答案第6页，共1页
一、单选题
1．物理学的发展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，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（ ）
A．牛顿发现了万有引力定律
B．“地心说”的代表人物是哥白尼
C．相对论的创立表明经典力学已不再适用
D．经典力学既适用于弱相互作用，也适用于强相互作用
2．下列运动中不能用经典力学规律描述的是（ ）
A．子弹的飞行 B．粒子接近光速的运动
C．人造卫星绕地球运动 D．和谐号从南通向上海飞驰
3．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
4．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
5．有关物理学家的说法，符合史实的是（ ）
A．伽利略最早发现行星运动轨道是椭圆
B．牛顿发现万有引力定律，并测定引力常量G的数值
C．卡文迪许是第一次称量地球质量的人
D．开普勒创建狭义相对论与广义相对论
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．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
二、多选题
8．下列说法正确的是（ ）
A．相对论与量子力学否定了经典力学理论
B．狭义相对论只适用于惯性参考系
C．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
D．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
9．以下说法正确的是（ ）
A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．牛顿力学理论的成立具有一定的局限性
C．在牛顿力学中，物体的长度不随运动状态的改变而改变
D．相对论与量子力学否定了牛顿力学理论
三、填空题
10．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟，________上的钟更快。
11．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______。
12．在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度______（填写“相同”或“不同”），判断依据是________
13．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。
四、解答题
14．地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过,另一飞船B以速度2.0×108 m/s 跟随A飞行．求:
（1）A上的乘客看到B的相对速度;
（2）B上的乘客看到A的相对速度．
15．一列火车在前进中，车头和车尾各遭到一次闪电轰击．据车上的一个观察者测定，这两次轰击是同时发生的。试问：据地面上观察者的测定，它们是否仍然同时？如果不同时，车头和车尾哪处先遭到轰击？
16．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：
(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动；
(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
A．人们一般都认为牛顿从观察到苹果落地就总结出了万有引力定律，故A正确；
B．“地心说”的代表人物是托米勒，“日心说”的代表人物是哥白尼，故B错误；
C．经典力学适用于宏观物体和低速运动的物体，对于微观世界和高速运动的物体不再适用，相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，故C错误；
D．经典力学只适用于弱相互作用，不适用于强相互 作用，故D错误。
故选A。
2．B
【解析】
【详解】
ACD．经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、人造卫星绕地球的运行、列车的运动，经典力学能适用，故ABC错误；
B．对于微观高速的情形经典力学不适用，故B正确。
故选B。
3．C
【解析】
【详解】
AB．根据开普勒第二定律可知卫星在近地点的速度大于在远地点的速度，即
若卫星绕地心做轨道半径为的圆周运动时，根据
得
将卫星从半径r的圆轨道变轨到图示的椭圆轨道必须在近地点加速使其做离心运动，所以
故AB错误；
C．根据爱因斯坦的狭义相对论，运动具有延迟效应，故地面上的观察者看到飞船上的钟变慢了；由于近地点飞船的速度大，则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，故C正确；
D．根据相对论的延迟效应，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，故D错误。
故选C。
4．D
【解析】
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，而卡文迪许通过实验测量并计算得出了万有引力常量，因此卡文迪许被称为“称量地球的质量”的人，故A错误；
B．牛顿进行了“月-地检验”，得出天上和地下的物体间的引力作用都遵从万有引力定律，故B错误；
C．经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，故C错误；
D．开普勒接受了哥白尼日心说的观点，并根据第谷对行星运动观察记录的数据，应用严密的数学运算和椭圆轨道假说，得出行星运动定律，故D正确。
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．开普勒最早发现行星运动轨道是椭圆，故A错误；
BC．牛顿发现万有引力定律，但是引力常量G的数值是卡文迪许测出来的，被称为“称量地球质量的人”，故B错误，C正确；
D．爱因斯坦创建狭义相对论与广义相对论，故D错误。
故选C。
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．A
【解析】
【详解】
经典力学适用于宏观低速，不适用于微观高速；
A. 粒子以接近光速的速度运动，是高速运动，经典力学不适用；
B. 汽车在高速公路上快速行驶，是宏观低速运动，经典力学适用；
C. 嫦娥五号探测器绕月球飞行，是宏观低速运动，经典力学适用；
D. 战斗机从辽宁号航母上起飞，是宏观低速运动，经典力学适用。
故选A。
8．BC
【解析】
【详解】
A．相对论与量子力学并不否定经典力学理论，后者是前者在一定条件下的特殊情形，A错误；
B．根据狭义相对论的基本假设可知，B正确；
C．根据光现象的成因知，C正确；
D．全息照相不是利用光的全反射原理，而是利用光的干涉原理，D错误。
故选BC。
9．BC
【解析】
【详解】
A．牛顿力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，故A错误；
B．牛顿力学只在一定条件下适用，具有一定局限性，故B正确；
C．牛顿力学研究的是低速运动问题，物体的长度变化很小，可以认为不变，故C正确；
D．相对论和量子力学并没有否定牛顿力学，认为牛顿力学是在一定条件下的特殊情形，故D错误。
故选BC。
10．飞船
【解析】
【详解】
根据钟慢效应，宇宙飞船相对于地球高速运动的过程中，飞船的人观察飞船是不运动的，而地球是高速运动的，所以飞船上的时钟没有变慢，正常走时，而地球上的钟变慢了
11． 宏观低速运动 高速运动
【解析】
【详解】
牛顿运动定律适用于范围是宏观低速运动。
爱因斯坦的相对论适用于范围是高速运动。
12． 相同 光速不变原理
【解析】
【详解】
在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度相同，判断依据是光速不变原理。
13． 大于 小于 等于
【解析】
【详解】
μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。
根据长度收缩效应得，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小于100 km。
根据光速不变原理得，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等于c。
14．（1）-1.125×108 m/s（2）1.125×108 m/s
【解析】
【详解】
试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．
（1）A上乘客看地以的速度向后，在地面看B以的速度向前，
则A上乘客看B的速度为；
（2）B看A则相反为；
15．不同时，车尾先遭到轰击。
【解析】
【详解】
由于车上的观察者测定两次轰击是同时发生的，根据光速不变原理，说明观察者在火车的中间。在地面上的观察者看来，闪电传到车尾需要传播的距离要短些，传到车头的距离要长些，所以车尾先遭到攻击。
16．(1)0.946c (2)4.0s
【解析】
【详解】
这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v=0.60c，彗星相对S系的速率ux=0.80c，
（1）由速度变换可得所求结果
即彗星以0.946c的速率向飞船靠近；
（2）由时间间隔的相对性有
解得
Δτ=4.0s
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