第五章牛顿力学的局限性与相对论初步单元检测

第五章牛顿力学的局限性与相对论初步
一、选择题（共15题）
1．在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，一只小猫在车厢后端出生，闪光到达车厢前壁时，两中小鸡在车厢前端出生．则（ ）
A．在火车上的人看来，一只小猫先出生
B．在火车上的人看来，两只小鸡先出生
C．在地面上的人看来，一只小猫先出生
D．在地面上的人看来，两只小鸡先出生
2．形成目前宇宙的原始火球特征为（　　）
A．温度很高、密度很小，体积很小 B．温度很低、密度很大，体积很小
C．温度很高、密度很大，体积很小 D．温度很低、密度很小，体积不断变动
3．如图所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb大于vc，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为（　　）
A．a B．b C．c D．无法确定
4．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
5．许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列说法中正确的是
A．牛顿通过理想斜面实验提出力并不是维持物体运动的原因
B．伽利略发现了行星运动的规律
C．卡文迪许通过实验测出了引力常量
D．爱因斯坦相对论的创立表明牛顿运动定律是错误的
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．下列说法正确的是(　 　)
A．开普勒将第谷的几千个观察数据归纳成简洁的三定律，揭示了行星运动的规律
B．伽利略设计实验证实了力是物体运动的原因
C．牛顿通过实验测出了万有引力常量
D．经典力学不适用于宏观低速运动
8．在物理学发展的过程中，有许多科学家做出了重要的贡献。下列说法正确的是（　　）
A．卡文迪许利用扭秤装置比较精确地测出引力常量
B．牛顿总结出万有引力定律并用实验测出引力常量
C．爱因斯坦的相对论指出在不同的参照系中测量到的光速是不同的
D．开普勒总结了行星运动的规律，并找出行星按照这些规律运动的原因
9．在物理学发展过程中有许多伟大的科学家做出了贡献，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是
A．牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭(Ra)两种新元素
C．密立根通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷
D．20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学同样适用于微观粒子和高速运动物体
10．普朗克的量子力学相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为（　　）
A．否定了经典力学的绝对时空观
B．揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性
C．打破了经典力学体系的局限性
D．使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界
11．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
12．下列说法正确的是（　　）
A．开普勒将法拉第的几千个观察数据归纳成简洁的三定律，揭示了行星运动的规律
B．伽利略设计实验证实了力是维持物体运动的原因
C．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量
D．经典力学不适用于宏观低速运动
13．下列说法正确的是（　　）
A．海豚有完善的声呐系统，海豚发出的声波比无线电波传播的速度快，方向性好
B．蝙蝠利用超声脉冲导航，当它飞向某一墙壁时，接收到的脉冲频率大于它发出的频率
C．声波击碎玻璃杯的实验原理是共振
D．频率相同，相位差恒定的两列波能产生稳定的干涉
E．狭义相对论原理指出：在不同的参与系中，一切物理规律都是相同的
14．下列说法正确的是(　　)
A．海啸发生后尚未到达海岸边，沿海渔民没有反应，但狗显得烦噪不安，这是因为次声波传播速度比超声波大
B．当声源相对于观察者匀速远离时，观察者听到的声音的音调变低
C．电场总是由变化的磁场产生的
D．真空中的光速在任何惯性系中测得的数值都相同
E．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄水下的景物，可使景象更清晰
15．下列说法正确的是 _____________
A．光的偏振现象说明光是一种横波
B．某玻璃对a光的折射率大于b光，则在该玻璃中传播速度a光大于b光
C．当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的波长大于声源发出的波长
D．变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场
E．狭义相对论认为：真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的
二、填空题
16．经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是________的．相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是________的，惯性系________越大，惯性系中的________越慢．非但如此，惯性系中的一切________．相对时间间隔公式：设Δτ表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，Δt表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝ ________.
17．下列说法正确的是__________．（填正确答案前标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．当声源相对于观察者远离时，观察者听到的声音频率会变低
B．光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率
C．泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡特别明亮是光的全反射现象
D．雷达是利用电磁波中的长波来测定物体位置的无线电设备
E．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关
18．下列说法正确的是( )
A．在受迫振动中，振动系统的振动频率仅由驱动力频率决定，与振动系统无关．
B．人站在铁轨上看到火车匀速远去，人听到的汽笛声的频率会逐渐降低．
C．泊松亮斑说明光具有波动性．
D．在任何惯性参考系中，光速总是不变的
E．LC振荡回路中，电流最小时，电容器的电压一定会处于最大值．
19．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．
三、综合题
20．相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短是否同一回事？
21．一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s.问电子的质量是增大了还是减小了？改变了百分之几？
22．地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：
（1）在狭义相对论中，地球的公转速度属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速？
（2）在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空，隔一段时间飞船返回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？
23．简单分析伽利略相对性原理和爱因斯坦相对性原理的相同点和不同点．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
火车中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁则在火车上的人看来，小猫和小鸡同时出生，故AB错误；地面上的人以地面是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些．故在地面上的人看来，一只小猫先出生，故C正确，D错误．所以C正确，ABD错误．
2．C
【详解】
形成目前宇宙的原始火球特征为温度很高、密度很大，体积很小。
故选C。
3．B
【详解】
根据
可知，相对观察者的速度越大，其上的时间越慢，a放在水平地面上，在地面上的人看来，a钟没有变化，b、c均变慢，且vb大于vc，b钟比c钟更慢，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为b，B正确。
故选B。
4．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。
5．C
【详解】
伽利略通过理想斜面实验提出力并不是维持物体运动的原因，选项A错误；开普勒发现了行星运动的规律，选项B错误；卡文迪许通过实验测出了引力常量，选项C正确；爱因斯坦创立了相对论，相对论的创立并不表明经典力学已不再适用，其实，相对论与经典力学适用的范围不同，经典力学只适用于宏观低速物体，而高速物体适用于相对论．故D错误；故选C.
6．B
【详解】
A．经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；
B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律，故B正确；
CD．牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速适用于狭义相对论，故CD错误。
故选B。
7．A
【详解】
A．开普勒将第谷的几千个观察数据归纳成简洁的三定律，揭示了行星运动的规律，故A正确；
B．伽利略设计理想斜面实验提出了力不是维持物体运动的原因，故B错误；
C．牛顿提出了万有引力定律，但卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故C错误；
D．经典力学适用于宏观低速运动，不适用于微观高速运动，故D错误；
故选A。
8．A
【详解】
AB．牛顿总结出万有引力定律，卡文迪许利用扭秤装置比较精确地测出引力常量，故A正确，B错误；
C．爱因斯坦的相对论指出在不同的参照系中测量到的光速是相同的，故C错误；
D．开普勒总结了行星运动的规律，她并没有找出行星按照这些规律运动的原因，故D错误。
故选A。
9．B
【详解】
A．伽利略最早指出力不是维持物体运动的原因，A错误；
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭(Ra)两种新元素，B正确；
C．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，C错误；
D．经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体，但对低速、宏观的物体仍然可以使用，D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．普朗克的量子力学相对论的提出并没有否定经典力学的绝对时空观，选项A错误；
B．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是爱因斯坦狭义相对论的几个重要的效应，揭示了时间、空间并非绝对不变的属性，选项B错误；
C．爱因斯坦相对论解释了经典牛顿力学不能解释的高速、微观范围，但狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，它打破了经典力学体系的局限性，选项C错误；
D．普拉克提出的量子理论使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界，选项D正确。
故选D。
11．D
【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。
12．C
【详解】
A．开普勒将第谷的几千个观察数据归纳成简洁的三定律，揭示了行星运动的规律，A错误；
B．伽利略设计理想实验得出力不是维持物体运动的原因，B错误；
C．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量的数值，C正确；
D．经典力学的适用范围是宏观、低速运动，D错误。
故选C。
13．BCD
【详解】
海豚有完善的声呐系统，海豚的声呐系统发出的不是声波，是超声波．A错误；蝙蝠利用超声脉冲导航，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，与墙壁相互靠近，故接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于它发出的频率．B正确；当声波的频率等于玻璃杯的固有频率时玻璃杯震荡最剧烈，最容易被击碎，即声波击碎玻璃杯的实验原理是共振，C正确；根据干涉的条件可知，频率相同，相位差恒定的两列波能产生稳定的干涉．D正确；物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．这叫做相对性原理；在不同的参考系中，一切物理规律都是不相同的．E错误．选BCD．
14．BDE
【详解】
A．海啸发生时，发出很强的次声波，狗能接受到次声波，但人无法接受次声波，而声波、超声波与次声波的速度是相等的，选项A错误；
B．据多普勒效应可知，当声源相对于观察者匀速远离时，观察者听到的声音音调会变低，选项B正确；
C．电场也可以由电荷产生，选项C错误；
D．真空中的光速在任何惯性系中测得的数值都相同，选项D正确；
E．在照相机镜头前加装增透膜拍摄水下的景物，利用光的干涉，可使景象更清晰，选项E正确。
故选BDE。
15．ADE
【详解】
A．纵波没有偏振现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故A正确；
B．根据可得在该玻璃中传播速度a光小于b光，B错误；
C．根据多普勒效应，当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的频率大于声源发出的频率，结合可知，接收到的声音的波长小于声源发出的波长，故C错误；
D．根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，D正确；
E．狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，故E正确。
故选ADE。
16． 相同 不同 相对运动 时间进程 物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏都变慢了
【详解】
按照经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的．按照相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系相对运动越大，惯性系中的时间进程越慢．非但如此，惯性系中的一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏都变慢了．相对时间间隔公式：设Δτ表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，Δt表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝
17．ACE
【详解】
A、根据多普勒效应可知，当声源相对于观察者远离时，观察者听到的声音频率会变低，故选项A正确；
B、光导纤维传播信号利用了光的全反射原理，结合全反射的条件可知，光导纤维中内层的折射率大于外层的折射率，故选项B错误；
C、泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象，故选项C正确；
D、雷达是利用电磁波中的微波来测定物体位置的，故选项D错误；
E、真空中，光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关，故选项E正确；
故选ACE．
18．ACE
【详解】
A项：做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率，由驱动力的频率决定，与物体固有频率无关，故A正确；
B项：当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，故B正确；
C项：泊松亮斑说明光具有波动性，故C正确；
D项：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，若是非惯性参考系中，则不同，应是在真空中，故D错误；
E项：电容器充电的过程，磁场能转化为电场能，电流在减小，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，而电压在增大；当电压达到最大值Um 时，充电完毕，电流强度零，故E正确．
19．k；
【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．
20．不是
【详解】
相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短不是同一回事；相对论中物体长度缩短是指在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。
物体热胀冷缩的长度缩短是由于微观粒子之间由于温度变化引起分子距离的变化使得物体的长度变化。
21．增大了，0.02%
【详解】
试题分析：应用相对论有关相对论质量公进行分析求解．
根据爱因斯坦的狭义相对论得，运动后的质量增大了，且，所以改变的百分比为×100%＝0.02%．
22．（1）地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速；（2）不相同，随飞船旅行的时钟变慢。
23．相同点：原理中参考系均指的是惯性系，也即牛顿运动定律在其中成立的参考系，或者是相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系，描述的物理规律对所有惯性系都是等价的；
不同点：伽利略相对性原理中的物理规律指力学规律，仅对低速物体适用；爱因斯坦相对性原理中的物理规律指的是一切物理过程的规律，这里的物理过程也包括光现象在内。
【详解】
相同点：原理中参考系均指的是惯性系，也即牛顿运动定律在其中成立的参考系，或者是相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系，描述的物理规律对所有惯性系都是等价的；
不同点：伽利略相对性原理中的物理规律指力学规律，仅对低速物体适用；爱因斯坦相对性原理中的物理规律指的是一切物理过程的规律，这里的物理过程也包括光现象在内。
答案第1页，共2页