第五章经典力学的局限性与相对论初步 课后练习（Word版含答案）

第五章经典力学的局限性与相对论初步
一、选择题（共15题）
1．如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为光速）的飞船同向运动．则下列说法中正确的是（ ）
A．乙观察到甲身高变高
B．甲观察到乙身高变低
C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快
D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c
2．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
3．下列说法符合史实的是（　　）
A．开普勒在牛顿定律的基础上，总结出了行星运动的规律
B．万有引力常量由卡文迪许在实验室里测出
C．牛顿建立的经典力学可以解决自然界中所有的问题
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
4．关于经典力学，下列说法正确的是（　　）
A．经典力学适用于任何领域
B．相对论和量子力学完全否定了经典力学
C．经典力学适用于宏观物体做高速（接近光速）运动的情况
D．当物体运动速度远小于光速时，相对论与经典力学的结论几乎没有区别
5．历史上很多物理学家对物理学的发展做出了重要的贡献，下面有关描述符合物理学史实的是
A．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在，开创了现代通信技术
B．爱因斯坦创立了狭义相对论，颠覆了人类固有的时空观
C．查德威克发现了电子，揭开了人类探究原子结构的序幕
D．德布罗意提出能量子假说，一举解决了经典理论在黑体辐射上遇到的困难
6．以下哪项属于爱因斯坦对相对论提出的基本假设（　　）
A．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
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系都是不相同的
D．相对论认为时间和空间与物体的运动状态有关
7．经典力学有一定的适用范围和局限性,不适合用经典力学描述的是（ ）
A．飞行的子弹
B．绕地球运行的飞船
C．运行的列车
D．接近光速运动的粒子
8．下列有关物理学史的一些说法正确的是：（ ）
A．在对自由落体运动的研究中，伽利略巧妙的利用斜面实验来冲淡重力影响（增加运动时间），使运动时间更容易测量，最后逻辑推理证明了自由落体的运动规律
B．经典力学认为同一过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同参考系中是不同的
C．奥斯特发现了电磁感应现象，并总结出了法拉第电磁感应定律
D．1897年，贝克勒尔利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构
9．通过一个加速装置对电子加一很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是(　　)
A．根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动
B．电子先做匀加速直线运动，后以光速做匀速直线运动
C．电子开始近似于匀加速直线运动，后来质量增大，牛顿运动定律不再适用
D．电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释
10．关于恒星的温度、亮度和颜色，下列说法中正确的（ ）
A．恒星的颜色与表面温度有关，最冷的呈红色，最热的比太阳稍蓝
B．视星等越高的恒星，表面温度就越高
C．绝对星等越高的恒星，我们看到的就越亮
D．恒星的绝对星等仅决定于它的表面温度
11．下列描述中正确的是
A．相对论和量子力学的出现说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，那么经典力学就失去了它的意义
B．交流感应电动机就是利用电磁阻尼的原理工作的
C．地磁场在北半球的上空有垂直于地表向上的磁场分量
D．电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为该电路的内能
12．下列说法正确的是________．
A．物体做受迫振动时，振幅与物体本身无关
B．光纤通信是激光和光导纤维相结合实现的
C．火车以接近光速通过站台时车上乘客观察到站台上的旅客变矮
D．全息照相技术是光的衍射原理的具体应用
13．下列说法正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域
B．两列机械波在同一介质中相遇，波长相同一定能获得稳定的干涉图案
C．狭义相对论的第一个基本假设：力学规律在任何惯性系中都是相同的
D．分别用紫光和绿光为光源用同一装置做单缝衍射实验，前者中央亮纹较宽
E．电视机显像管里的电子枪发射电子束的强弱受图像信号的控制
14．下列关于相对论时空观的说法正确的是（　　）
A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关
C．在牛顿力学时空观中认为同时发生的事件，在相对论时空观中也是同时发生的
D．时间和空间是永恒不变的
15．下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．用超声波被血流反射回来其频率发生变化的特点可测血流速度，这是利用多普勒效率
C．在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可减小干涉条纹的间距
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
E．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
二、填空题
16．根据气体吸收谱线的红移现象推算，有一类星体远离我们的速度高达到光速c的80%，则在该类星体上测得它发出光的速度是_____，我们观测到它的体积比它实际体积_____（填“大”或“小”），该类星体上的π介子平均寿命比在地球上_____（填“长”或“短”）．
17．经典力学的基础是________________________，万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬．经典力学适用范围_______________________、宏观、弱引力．
18．1905年爱因斯坦建立_______，使人们认识到牛顿力学只能适用________领域中的力学现象．
19．狭义相对论认为时间和空间与物质的_________（填“质量”或“速度”）有关；在高速前进中的列车的中点处，某乘客突然按下手电筒，使其发出一道闪光，该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等，都为c，站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度_________（填“相等”或“不等”）．
三、综合题
20．以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用
21．如果真空中的光速为c＝3.0×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108m/s时，质量为多少？
22．如图是恒星演化过程的示意图,请填写相应星球的名称。
23．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．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
AB．因为人是垂直于物体速度方向的，竖直方向上没有尺缩效应，即甲乙观察对方身高时不变，故AB错误；
C．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，乙观察到甲动作变慢，故C错误；
D．根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为c，故D正确．
故选D．
2．A
【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。
3．B
【详解】
A．开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，故A错误；
B．万有引力常量由卡文迪许在实验室里测出，故B正确；
C．牛顿建立的经典力学也有其适用范围，没有那个理论能完全解决自然界中所有的问题，故C错误；
D．根据爱因斯坦相对论可知，当物体的速度接近光速时，沿着运动方向的长度才明显缩短，然而“和谐号”动车组高速行驶时，速度仍达不到光速，则其车厢长度不变，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
AC．经典力学适用于宏观低速物体，不适应微观高速粒子，选项AC错误；
B．相对论、量子力学的提出，没有否定经典力学，只是对力学的完善；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，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。选项B错误；
D．当物体运动速度远小于光速时，相对论与经典力学的结论几乎没有区别，选项D正确。
故选D。
5．B
【详解】
A．赫兹用实验证实了电磁波的存在，开创了现代通信技术，选项A错误；
B．爱因斯坦创立了狭义相对论，颠覆了人类固有的时空观，选项B正确；
C．汤姆孙发现了电子，揭开了人类探究原子结构的序幕，选项C错误；
D．普朗克提出能量子假说，一举解决了经典理论在黑体辐射上遇到的困难，选项D错误；
故选B.
6．B
【详解】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，其他内容均建立在这两条基本假设基础之上。
故选B。
7．D
【详解】
子弹的飞行、飞船绕地球的运行及列车的运行都属低速，经典力学能适用．而粒子接近光速运动，则经典力学就不在适用，故D正确，ABC错误．
8．A
【详解】
A．在对自由落体运动的研究中，伽利略巧妙的利用斜面实验来冲淡重力影响（增加运动时间），使运动时间更容易测量，最后逻辑推理证明了自由落体的运动规律，选项A正确；
B．经典力学认为同一过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同参考系中是相同的，选项B错误；
C．法拉第发现了电磁感应现象，法拉第电磁感应定律是纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后总结出来的，选项C错误；
D．1897年，汤姆孙利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，选项D错误。
故选A。
9．C
【详解】
电子在加速装置中受到恒力作用，由静止开始做匀加速直线运动，开始阶段速度远小于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为电子在开始阶段做匀加速直线运动，随着电子速度的增大，接近光速时，相对论效应越来越明显，电子的质量增大，不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用，C正确．
10．A
【详解】
A． 恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，所以最冷的呈红色，最热的比太阳稍蓝，故A正确。
BCD． 恒星的星等衡量的是发光能力，而发光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关，故星等越高的恒星，表面温度不一定越高，也不一定越亮，故BCD错误。
11．D
【详解】
试题分析：相对论和量子力学的出现说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，经典力学仍然有它的意义，故选项A错误；交流感应电动机是利用通电导体在磁场中受力转动的原理工作的，选项错误；地磁场在北半球的上空有垂直于地表向下的磁场分量，故选项C错误；电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为该电路的内能，故选项D正确．
12．B
【详解】
A、物体做受迫振动时，当驱动力频率等于物体的固有频率时，振幅最大，出现共振现象，驱动力频率与固有频率相差越小，振幅越大；故A错误.
B、光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，利用了激光的频率单一性的特点；故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，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮；故C错误.
D、全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性；故D错误.
故选B.
13．ABE
【详解】
A．太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域，故A正确；
B．两列机械波在同一介质中传播速度相同，波长相同则频率相同，则一定能获得稳定的干涉图案，故B正确；
C．狭义相对论的第一个基本假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故Ｃ错误；
D．由于紫光的波长比绿光的短，则用紫光和绿光为光源用同一装置做单缝衍射实验，绿光的中央亮纹较宽，故D错误；
E．图像信号越强，电视机显像管里的电子枪发射电子束越强，故E正确。
故选ABE。
14．AB
【详解】
A．相对论时空观中，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A正确；
B．在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关，故B正确；
CD．在相对论时空观中，时间和空间具有相对性，因此在牛顿力学时空观中认为同时发生的事件，在相对论时空观中不一定是同时发生的，故CD错误。
故选AB。
15．ABD
【详解】
A．根据光速不变原理，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，故A正确；
B．用超声波被血流反射回来其频率发生变化的特点可测血流速度，这是利用多普勒效率，故B正确；
C．红光的波长大于黄光，根据可知，在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，故C错误；
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响，故D正确；
E．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故E错误。
故选ABD。
16． C 小 长
【详解】
根据爱因斯坦相对论的原理可知，在该类星体上测得它发出光的速度等于c，根据相对认效应可知，我们观测到它的尺寸比它实际尺寸小，则观测到它的体积比它实际体积也小，该类星体上的π介子平均寿命比在地球上长．
17． 牛顿运动定律； 低速；
【详解】
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬．经典力学适用范围低速、宏观、弱引力．
18． 相对论 低速宏观
【详解】
1905年爱因斯坦建立相对论，使人们认识到牛顿力学只能适用低速宏观领域中的力学现象。
19． 速度 相等
【详解】
狭义相对论认为时间和空间与物质的速度有关；
狭义相对论认为真空中光速均为c，地面上的人认为闪光速度也都为c．则站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度相等。
20．经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律
【详解】
经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律.
21．2.25 kg
【详解】
根据狭义相对论， ，
由题意知，
所以
所以m2＝m1＝2.25kg.
22．相应星球的名称如图；
23．（1）-1.125×108 m/s（2）1.125×108 m/s
【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；
答案第1页，共2页