7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、选择题(共15题)
1.下列说法中正确的是
A.经典力学是以牛顿的三大定律为基础的
B.经典力学能够描述微观粒子运动的规律性
C.当物体的速度接近光速时,经典力学还是适用的
D.相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义
2.牛顿力学的适用范围是( )
A.适用于宏观物体的低速运动(与光速相比) B.适用于微观粒子的运动
C.适用于宏观物体的高速(与光速相比)运动 D.适用于受到很强引力作用的物体
3.在物理学理论研究中,“高速”一般指接近光速,“低速”一般指远小于光速,下列所述情境中适合应用牛顿定律的是( )
A.宏观且低速 B.宏观且高速 C.微观且低速 D.微观且高速
4.如图所示,假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是( )
A.静止的观察者看到梭镖收缩变短,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖
B.静止的观察者看到梭镖变长,因此在某个位置,梭镖从管子的两端伸出来
C.静止的观察者看到两者的收缩量相等,因此在某个位置,管子仍恰好遮住梭镖
D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动,则二者的相对速度是2c
5.关于经典力学和量子力学,下列说法中正确的是( )
A.不论是对宏观物体,还是微观粒子,经典力学和量子力学都是适用的
B.量子力学适用于宏观物体的运动;经典力学适用于微观粒子的运动
C.经典力学适用于宏观物体的运动;量子力学适用于微观粒子的运动
D.上述说法都是错误的
6.一个质量为的物体,从静止开始做匀加速直线运动,随着速度的不断增大,下列说法正确的是( )
A.物体的速度越大,它的质量就越小
B.物体的速度越小,它的质量就越大
C.物体的质量与其速度无关
D.随着速度的增大,物体的质量将变大
7.下列说法正确的是( )
A.可以利用紫外线的热效应对物体进行烘干
B.根据麦克斯韦的电磁理论,变化的电场周围一定可以产生电磁波
C.光的偏振现象证明了光是一种纵波
D.火车以接近光速行驶时,我们在地面上测得车厢前后的距离变小了
8.一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驰而过,我们会感到车厢、车窗变短了,而车厢、车窗的高度没有变化,那么车厢内的人看到的路旁的电线杆间距将会( )
A.变窄 B.变宽 C.不变 D.都有可能
9.下列说法中正确的是
A.医学上检查人体内部器官的“CT”,使用的是γ射线
B.雨后公路积水表面漂浮的油膜阳光下呈现彩色,这是光的折射现象
C.利用多普勒效应原理,可以测量运动物体的速度
D.考虑相对论效应,静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆长
10.下列说法正确的是( )
A.单摆的摆球在通过最低点时合外力等于零
B.有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带是薄膜干涉现象
C.变化的电场一定产生变化的磁场,变化的磁场一定产生变化的电场
D.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大
11.关于经典力学,下列说法正确的是( )
A.由于相对论、量子论的提出,经典力学已经失去了它的意义
B.经典力学在今天广泛应用,它的正确性无可怀疑,仍是普遍适用的
C.经典力学在宏观低速运动、引力不太大时适用
D.经典力学对高速运动的电子、中子、质子等微观粒子是适用的
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.下列服从经典力学规律的是( )
A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C.物体运动的速率接近于真空中的光速
D.地壳的变动
14.一列车的长度与桥梁长度相同.列车以接近光速通过桥梁,地面的观察者和列车内的观察者看到车头刚通过这座桥时,则
A.地面的观察者看到车尾已上桥 B.地面的观察者看到车尾未上桥
C.列车内的观察者看到车尾已上桥 D.列车内的观察者看到车尾未上桥
15.20世纪以来,人们发现了一些新的事实,而经典力学却无法解释.经典力学只适用于解决物体的低速运动问题,不能用来处理高速运动问题,只适用于宏观物体,一般不适用于微观粒子.这说明
A.随着认识的发展,经典力学已成了过时的理论
B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的
C.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人们应当不断扩展认识,在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
二、填空题
16.狭义相对论说,在任意惯性参考系里,一切力学规律都是相同的( )
17.有两火箭A、B沿同一直线相向运动,测得二者相对于地球的速度大小分别为0.9c和0.8c,则在A上测B相对于A的运动速度为______________.
18.如图所示,甲乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的乙,乙的飞行速度为0.5c,乙向甲发出一束光进行联络,则甲观测到该光束的传播速度是___________(选填“c”“1.4c”或“0.4c”);若地面上的观察者和甲、乙均戴着相同的手表,且在甲、乙登上飞船前已调整一致,则三人的手表相比___________(选填“甲最慢”“乙最慢”或“示数相同”)
三、综合题
19.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?
20.什么是经典力学?其主要内容是什么?
21.远方的一颗星以0.8c的速度离开地球,测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化,求在此星球上测其闪光周期为多大?
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.A
【详解】
经典力学适用于宏观低俗的运动,B错;当物体的速度接近光速时,经典力学不再适用,C错;相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义,这种说法是不对的,两种学说应用范围不一样,都有各自的意义
2.A
【详解】
牛顿力学属于经典力学,它只适用于低速、宏现物体的运动以及引力不太强时的情况。故A对,BCD错。
故选A。
3.A
【详解】
牛顿定律适用范围是宏观低速的情景。
故选A。
4.A
【详解】
ABC.根据狭义相对论的尺缩效应,如果梭镖相对于观察者运动,那么梭镖收缩变短,而管子长度不变,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖,选项A正确,BC错误;
D.由光速不变原理,可知物体的速度不会超过光速,故D错误。
故选A。
5.C
【详解】
A.经典力学适用于宏观世界和低速运动,对于微观世界和高速运动不再适用,故A错误;
BCD.经典力学适用于宏观物体的运动,量子力学适用于微观粒子的运动,故BD错误,C正确.
6.D
【详解】
根据相对论时空观可知,物体的质量与它的速度有关,当物体的速度很大时,质量也会变得很大,故选项D正确,ABC错误。
故选D。
7.D
【详解】
红外线的热效应显著,可以利用红外线的热效应对物体进行烘干,故A错误;根据麦克斯韦的电磁理论,变化的电场周围一定可以产生磁场,但如果是均匀变化的电场会产生恒定的磁场,不会形成电磁波,故B错误;光的偏振现象证明了光是一种横波,即电磁振动矢量与传播方向垂直,故C错误;火车以接近光速行驶时,根据爱因斯坦相对论的尺缩效应,我们在地面上测得车厢前后的距离变小了,故D正确;故选D.
8.A
【详解】
火车相对地面向前飞驰,如果以火车为参考系,地面向后飞驰,地面上的两电线杆的间距变窄,选项A正确,BCD错误。
故选A。
9.C
【详解】
A.医学上检查人体内部器官的“CT”,使用的是x射线,选项A错误;
B.雨后公路积水表面漂浮的油膜阳光下呈现彩色,这是光的干涉现象,选项B错误;
C.利用多普勒效应原理,可以测量运动物体的速度,选项C正确;
D.考虑相对论尺缩效应,静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆短,选项D错误。
故选C。
10.B
【详解】
A.单摆的摆球在通过最低点时,回复力等于零,而合外力一定不等于零,故A错误;
B.薄而透明的羽翼上出现彩色光带,是由于羽翼前后表面反射,进行相互叠加,是薄膜干涉现象,故B正确;
C.均匀变化的电场产生稳定磁场,非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场,故C错误;
D.根据相对论,则有沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度短,故D错误。
故选:B。
11.C
【详解】
相对论、量子论的提出,没有否定经典力学,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.所以ABD错误,C正确.
故选C.
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.ABD
【详解】
ABD.自行车、汽车、火车、飞机、导弹、卫星、宇宙飞船和地壳的运动均属于宏观、低速的问题,经典力学能适用,故ABD正确;
C.而接近光速时,根据爱因斯坦相对论,会出现时间延长、空间缩短、质量增加等效应,不能用经典物理去解释,选项C错误。
故选ABD.
14.AD
【详解】
根据相对论,地面上的观察者看到的高速运动的火车比静止时更短,地面观察者看到车头刚通过这座桥时,车尾已上桥,选项A正确,B错误.列车内观察者看火车是静止的,火车长度不变,桥高速运动,桥变短了,所以列车内观察者乙看到车头刚通过这座桥时,车尾在桥外未上桥,选项C错误,D正确.
15.BCD
【详解】
人们对客观世界的认识要受到所处时代的客观条件和科学水平的制约,所以形成的看法也都具有一定的局限性,人们只有不断扩展自己的认识,才能掌握更广阔领域内不同事物的本质与规律.新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定,只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形.故A项错误,BCD正确.
故选BCD。
16.正确
【详解】
狭义相对论的两个基本假设:①狭义相对性原理,即在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的;②光速不变原理,即真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。故题干说法正确。
17.0.998c
【详解】
取地面为s系,A为系,沿运动方向取x,轴, 相对s的速度
待求的B对A的速度即,B对地面速度
所以
所求的速度大小为
18. c 甲最慢
【详解】
根据爱因斯坦相对论,在任何参考系中,光速不变,即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变,所以甲观测到该光束的传播速度为c;
根据爱因斯坦相对论观点得
故甲、乙的手表均比地面上的观察者的手表慢,由于,可知甲的手表比乙的手表变化慢。
19.Δt=(1+3.6×10-10) min
【详解】
根据相对论公式可知
min=(1+3.6×10-10) min
20.经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿运动定律为基础,在宏观世界和低速状态下,研究物体运动的基要学术。在物理学里,经典力学是最早被接受为力学的一个基本纲领。经典力学又分为静力学(描述静止物体)、运动学(描述物体运动)和动力学(描述物体受力作用下的运动)。经典力学的主要内容是牛顿三定律和万有引力定律。
(1)牛顿三定律:
①牛顿第一定律:一个物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
②牛顿第二定律:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比。
③牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
(2)万有引力定律:自然界中任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比。
21.3(昼夜)
【详解】
据钟慢效应有
即
5=
解得=3昼夜。
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