7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 章节练习（Word版含答案）

7.5、相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、选择题（共16题)
1．下列说法正确的是（ ）
A．声波在空气中传播时是一种横波
B．波形曲线表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围产生变化的磁场
D．由爱因斯坦的狭义相对论可知，真空中的光速对于任何惯性参考系都相同
2．一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度v＝6×106 m/s.关于电子的质量的变化，下列说法正确的是(　　)
A．不变 B．减少 C．增大了0.02% D．增大了0.2%
3．按照相对论理论，下列说法中错误的是( )
A．一条杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
B．一条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
C．一个物体运动时的质量比静止时的质量要大
D．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
4．在物理理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。下列关于科学家和物理规律说法正确的是（　　）
A．牛顿的万有引力定律适用于任何两个物体之间
B．牛顿通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在
C．相对论时间空观表明牛顿力学已不再适用
D．开普勒发现了行星的运动规律
5．有一把长为的尺子竖直放置，现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行，运行过程中尺子始终保持竖直，那么我们此时再测量该尺子的长度将（ ）
A．大于 B．小于 C．等于 D．无法测量
6．以下哪些属于狭义相对论的基本假设（　　）
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中都是不相同的
D．物体的能量E和其质量m满足E=mc2
7．经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（　　）
A．2.5×10-1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s
8．双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动．研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化．若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为（ ）
A． B． C． D．
9．下列物体的运动不能用经典力学描述的是(　　)
A．子弹的飞行 B．人造卫星的运行
C．小汽车的行驶 D．光子的运动
10．美国全球定位系统卫星上要用一些装置去纠正卫星运动所造成的时间偏差，这一应用技术的理论来源是 （ ）
A．牛顿的经典力学理论
B．达尔文的进化论
C．爱因斯坦的相对论
D．普朗克的量子论
11．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面某处，vA＞vB，在A火箭上的人观察结果正确的是( )
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
12．从狭义相对论出发，我们可以得到下列哪些结论（　　）
A．同时的绝对性
B．事件的因果关系可以颠倒
C．运动的时钟变快
D．物体质量随速度增大而增大
13．关于电磁波和相对论下列说法正确的是（　　）
A．微波最适宜以天波的形式传播
B．托马斯．杨第一次用实验室证实了光是一种电磁波
C．理想实验是把实验的情况外推到一种理想状态，所以是不可靠的
D．狭义相对论认为一切物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式
14．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
15．用相对论的观点判断，下列说法正确的是(　　)
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D．当物体运动的速度v c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
E．狭义相对论的创立表明经典力学在任何情况下都不再适用
16．下列说法中正确的是（ ）
A．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的研究领域
B．经典力学在任何情况下都适用
C．相对论和量子力学否定了经典力学
D．狭义相对论指出：质量要随着物体运动速度的增大而增大
二、填空题
17．当物体的运动速度接近光速时，经典力学_____（填“不再”或“仍然”）适用，可见，经典力学____（填“有”或“没有”）局限性．
18．下列说法中正确的是 _____
A．雷达是利用声波的反射来测定物体的位置的
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C．考虑相对论效应，一条沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度短
D．调谐是电磁波发射应该经历的过程，调制是电磁波接收应该经历的过程
19．相对论论认为时间和空间与物质的速度有关；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、不等）．并且，车上的乘客认为，电筒的闪光同时到达列车的前、后壁，地面上的观察者认为电筒的闪光先到达列车的______（填前、后）壁．
20．按照爱因斯坦狭义相对论，以速度v运动的物体的相对论质量m（即运动质量）与静止质量的关系为．那么速度为7.9km/s的运动火箭的相对论质量m约是静止质量的________倍；速度为0.9c的运动电子的相对论质量m是静止质量的________倍．
三、综合题
21．在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍。试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？
22．根据牛顿运动定律，凭借初始条件就可以确定物体过去和未来任一时刻的运动状态，牛顿由此提出了机械决定论。他认为一切自然现象都只能按照机械的必然性发生和进行。牛顿的这个观点对之后两百多年自然科学的发展产生了深刻的影响。应如何看待牛顿的这一观点
23．一枚静止时长30m的火箭以3的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的一半呢？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A.声波属于纵波，故A错误；
B.波形曲线表示在同一时刻，介质中所有质点偏移平衡位置的位移矢量末端的连线，故B错误；
C.根据麦克斯韦理论，均匀变化的电场产生恒定的磁场，周期性的变化的电场产生周期性变化的磁场，故C错误；
D.光速不变原理，是爱因斯坦狭义相对论的基本原理，即光速对于任何惯性参考系都相同，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】
一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为：，由相对论质量公式可知，电子的质量增大，解得：，增大了，选C.
3．A
【详解】
一根杆的长度静止时为，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，A错误；经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，B正确；由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，C正确；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，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，D正确．
4．D
【详解】
A．牛顿的万有引力定律适用于两个质点之间的引力问题，选项A错误；
B．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在，选项B错误；
C．相对论并没有否定牛顿的经典力学，而是在其基础上发展起来的，只是说明了经典力学的局限性，故C错误；
D．开普勒发现了行星的运动规律，选项D正确。
故选D。
5．C
【详解】
相对论中所谓的“运动的尺子变短”现象是发生在尺子运动方向上的，现在尺子在竖直方向没发生高速运动，由此可知它的长度将不变；
故选C。
6．B
【详解】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：相对性原理和光速不变原理，相对论原理即为即在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，光速不变原理即为光在真空中总是以确定的速度c传播，速度的大小同光源的运动状态无关，其他内容均建立在这两点的基础之上，故B正确，ACD错误。
故选B。
7．D
【详解】
经典力学适应于宏观低速物体，不适应微观高速粒子，当物体的速度接近光速时，经典力学不再适用。
故选D。
8．B
【详解】
两恒星之间的万有引力提供各自做圆周运动的向心力，则有：
又，
联立以上各式可得
故当两恒星总质量变为，两星间距变为时，圆周运动的周期变为，B正确，ACD错误。
故选B。
9．D
【详解】
经典力学适用于低速宏观的物体，光子的运动不属于这个范畴。
故选D。
10．C
【详解】
根据爱因斯坦的相对论，空间和时间会随着物体运动速度的变化而变化．卫星和地球的运动速度存在差异，因而双方使用的时间也必然存有偏差．故C正确；
故选C
11．A
【详解】
因为当一个惯性系的速度比较大时，符合
速度越大，越大．因为vA＞vB，所以ΔtA′＞ΔtB′.故选A.
12．D
【详解】
A、C、运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢；运动的钟变慢，打破了同时的相对性．故A错误C不正确； B、运动的钟比静止的钟走得慢，但是事件的因果关系不可以颠倒．故B错误；D、质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大，故D正确．故选D．
13．D
【详解】
A、微波只能用空间波，散射波和穿透外层空间的传播方式．故A错误； B、杨氏双缝干涉实验证明光能够发生干涉现象，而只有波才能发生干涉现象，故该实验证明了光具有波动性．故B错误；C、理想实验是把实验的情况外推到一种理想状态，是可靠的．故C错误；D、狭义相对论的相对性原理告诉我们，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．故D正确．故选D．
14．ABC
【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。
15．BCD
【详解】
按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对飞船中的观察者静止，时钟准确，B正确；由可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确；当时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，D正确；在宏观、低速情况下，经典力学仍适用，E错误．
16．AD
【详解】
AB．经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的研究领域，选项A正确，B错误；
C．相对论和量子力学适用于微观高速粒子的运动，并没有否定经典力学，选项C错误；
D．狭义相对论指出：质量要随着物体运动速度的增大而增大，选项D正确．
17． 不再； 有；
【详解】
当物体的运动速度接近光速时，经典力学不再适用，可见，经典力学有局限性．
18．C;
【详解】
雷达是利用无线电波的反射来确定物体目标的仪器，A错误；根据公式，双缝干涉条纹宽度正比于波长，红光波长比绿光大，它干涉条纹宽，B错误；相对论效应是对不同参考系而言的，相对地面高速运动的杆在自身参考系内测量就是静止的原长，而地面观察者测量时发现其长度变短，C正确；发射电磁波需要将低频信号加到高频信号上，此过程称为调制，接受到电磁波时，选择所需要的频率信号，称为调谐，D错误．
19． 相等 后
【详解】
车厢中的人认为，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．地面上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．
20． 1 2.294
【详解】
速度为7.9km/s的运动火箭的相对论质量m与静止质量m0的比值：
即
m≈m0
速度为0.9c的运动电子的相对论质量m是静止质量的
，
即
m=2.294m0.
21．1.155倍
【详解】
电子的静止质量为m，加速后的电子相对实验室的速度是0.5c，根据爱因斯坦的质速关系方程，有
22．见解析
【解析】
机械决定论仅仅适用于宏观物体，而对于微观领域以及客观世界中大量存在的偶然现象的研究就产生了统计决定论。运用概率的和统计的方法进行研究的统计性定律没有构成对客观规律的否定，因而就不构成对决定论的否定。从本质上看，它是承认偶然性与必然性既对立又统一的辩证决定论。
机械决定论又称“形而上学决定论”。指在古典力学基础上建立起来的盛行于17—18世纪西欧的一种只承认自然界的因果性、必然性、客观规律性，否认人的主观能动性和偶然性的一种形而上学观点，其代表人物为牛顿、拉普拉斯、斯宾诺莎、霍尔巴赫等人。它发端于17世纪的法国，其时哲学家笛卡尔就提出了“动物是机器”的观点。牛顿力学创立后，认为一个系统的初始条件一旦简单的确定后，此后的运动都是必然确定的了，它可以不考虑初始条件的复杂性和随机性。在此基础上，机械决定论者提出，牛顿力学规律是自然界唯一正确的客观规律，一切现象在本质上都是力学现象，人和动物都是按力学规律的机制组合起来的机器。这一思想承认了自然规律的客观性，反对了上帝造世说，反对了宗教神学，因此在人类发展史上发挥过重大作用。但是，机械决定论只承认必然性，否认偶然性；只承认客观规律性，否认人的主观能动性；视机械运动为唯一的因果关系而不懂得因果联系的多样性、复杂性；不懂得因果联系、必然性和偶然性的区别和联系，认为世界上的一切现象都是由必然的原因决定的；把必然性等同于有原因，把偶然性等同于无原因，把必然性绝对化，视承认偶然性为非决定论。这是机械决定论的根本错误。它发展的必然结局就是宿命论，因而无法彻底地贯彻唯物主义决定论。18世纪中叶后康德在《自然通史和天体论》中批判了这种观点。19世纪以后，随着自然科学的发展和辩证唯物主义的出现机械决定论开始走向衰亡。
23．30m，30m，26m，30m
【详解】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，若v=3km/s c，地面上的观察者测得火箭的长度
所以地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同，若火箭以0.5c的速度飞行，根据长度的相对性有
地面上的观察者测得火箭的长度为
答案第1页，共2页