5.1经典力学的巨大成就和局限性基础巩固（Word版含答案）

5.1经典力学的巨大成就和局限性基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．在下列运动中，牛顿运动定律可能不适用的是（　　）
A．电子绕原子核运动 B．篮球被投出后在空中飞行
C．超音速飞机在高空飞行 D．地球绕太阳运动
2．关于经典力学，下列说法中正确的是（　　）
A．相对论否定了经典力学理论
B．经典力学可以解决自然界中所有的问题
C．经典力学适用于微观领域质子、电子的运动
D．经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动
3．经典力学的适用范围是（　　）
A．宏观世界，低速运动 B．微观世界，低速运动
C．宏观世界，高速运动 D．微观世界，高速运动
4．下列关于弱引力与强引力的论述中，正确的是（　　）
A．遵从万有引力定律的引力常称为强引力
B．遵从爱因斯坦引力理论的引力常称为弱引力
C．中子星表面的引力比常见的引力强得多，牛顿的引力理论已经不使用了
D．密度越大的天体表面的引力越弱
5．关于万有引力与宇宙航行，下列说法正确的是（　　）
A．卡文迪许在实验室较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”
B．地球对卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有引力
C．第一宇宙速度是人造卫星绕地球飞行的最大环绕速度
D．以牛顿运动定律为基础的牛顿力学，包括万有引力定律，既适用于低速运动也适用于高速运动；既适用于宏观世界，也适用于微观世界
6．下列说法正确的是（ ）
A．牛顿首次发现了行星绕太阳运动的轨道是椭圆
B．卡文迪许是第一个测出万有引力常量G的科学家
C．牛顿是第一个测出万有引力常量的科学家
试卷第1页，共3页
D．经典力学适用于宏观的、高速的物体
7．牛顿建立的经典力学体系，是人类认识自然及历史的第一次大飞跃和理论的大综合，它开辟了一个新的时代，并对科学发展的进程以及人类生产生活和思维方式产生极其深刻的影响，标志着近代理论自然科学的诞生，并成为其他各门自然科学的典范．以下说法正确的是（ ）
A．牛顿发现了万有引力定律，并实验测出了引力常量G
B．牛顿通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，证明了天上力学和地上力学的统一性，所以牛顿定律在非惯性系中也成立
C．在著名的“月-地检验”中，人们计算出了月球绕地球运动轨道的加速度是地球表面重力加速度的
D．牛顿第一定律又被称为惯性定律，任何物体都有惯性，速度越大，物体的惯性越大
8．下列说法符合物理学史的是（　　）
A．牛顿对引力常量进行准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中
B．法国科学家库仑发现了电荷之间的相互作用规律，从而得出库仑定律
C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论适用于宏观高速弱引力的情况
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，并在此之后发现了万有引力定律
9．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
10．关于物理学史，下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略发现了行星运动的规律
B．牛顿进行了“月—地检验”，得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论
C．开普勒通过实验测定了引力常量
D．爱因斯坦的狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体
11．下列有关物理知识的说法，正确的是（　　）
A．做匀速圆周运动和平抛运动的物体合力都恒定
B．牛顿的经典力学理论不仅适用于宏观低速运动物体，也适用于微观高速运动物体
C．由万有引力定律可知，两个物体无限接近时，他们的万有引力将无穷大
D．若地球自转不能忽略，赤道上的物体受到地球对它的万有引力比重力大
12．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
13．下列对经典力学的说法中，不正确的是（　　）
A．牛顿建立了经典力学的理论体系
B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律
C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象
D．相对论和量子理论完全否定了经典力学
14．迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Gliese581”运行的行星“G1- 58lc”却很值得我们期待．该行星的温度在0℃到40℃之间、质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍、公转周期为13个地球日，“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍．设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则（ ）
A．在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同
B．如果人到了该行星，其体重是地球上的倍
C．该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的倍
D．由于该行星公转速率比地球大，地球上的米尺如果被带上该行星，其长度一定会变短
15．相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义，而只是说明它有一定的适用范围．经典力学的适用范围是（　　）
A．宏观世界，高速运动 B．微观世界，低速运动 C．宏观世界，低速运动 D．微观世界，高速运动
二、填空题（共4题）
16．牛顿运动定律只适用于_____运动的_____现象。如物体的运动速度接近光速（）时，必须由_____提出的_____来研究，如研究电子、质子、光子等微观粒子的物理现象时必须由_____力学来说明解决。
17．牛顿力学的成就与局限性
（1）牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是____，______定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬。
（2）牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是_____（填“高速”或“低速”）运动的_____（填“宏观”或“微观”）物体。
a.当物体以接近光速运动时，有些规律与牛顿力学的结论_____。
b.电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
（3）牛顿力学____被新的科学成就所否定，当物体的运动速度______时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别。
18．科学实践总是要不断向前推进，从1687年的________力学到1905年爱因斯坦的________论，这标志了人类对于自然界规律的认识向前跨进了一大步。
19．经典力学认为时间是_____________，质量是____________，空间是_____________；经典力学深入到高速领域将被_____________所代替，深入到微观领域将被_______所代替。
三、综合题（共4题）
20．如图所示，质子束被加速到接近光速，经典力学适用于质子束的运动规律吗？
21．利用互联网收集经典力学在科学技术方面的典型应用事例。
22．将一枚面值一元的硬币用确定的速度向上抛起，你能否断定（不是猜测）它落地时哪一面朝上？请试一试，这种现象能用牛顿力学解释吗？
23．撰写一篇题为“关于伽利略、牛顿的科学研究方法对物理学发展的意义”的小论文。
参考答案：
1．A
2．D
3．A
4．C
5．A
6．B
7．C
8．B
9．B
10．B
11．D
12．D
13．D
14．B
15．C
16． 低速 宏观 爱因斯坦 相对论 量子
17． 牛顿运动定律 万有引力 低速 宏观 不相同 不会 远小于光速c
18． 牛顿 相对
19． 绝对的 不变的 三维的 相对论 量子力学
20．不适用。
21．例如利用经典力学规律，人类在航空航天技术中设计制造了人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等。
22．
不能断定，一枚硬币的两面不可能同时出现，且出现的几率相同，由不确定原理，两种可能都能发生。该现象不能用经典力学解释。可以由经典力学的应用以及概率来分析，抛出的硬币落地时哪一面朝上是具有随机性的，投掷的次数越多，正面或者背面朝上的几率越趋于相等，各占50%。
23．
伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合。伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力得作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量．伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推．所以伽利略用来抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法。
伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验（这是其他物理家在研究同一问题上缺少的关键环节），并对假说进行修正和推广。
他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路，他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导.这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。
牛顿是物理学史上最伟大的科学家之一，他除在自然科学的许多学科都做出了划时代的贡献之外，还继承和发展了伽利略所开创的近代科学研究方法。正是这些方法使得牛顿的科学理论十分富有成效，“直到19世纪末，它一直是理论物理学领域中每一个工作者的纲领。”他的研究方法，指导了以后几代物理学家的研究工作。一、实验方法与抽象方法
实验方法是科学研究的基本方法。它既是获得经验知识，为科学理论的建立提供原始资料的途径和方法，同时也是检验科学理论和假说的重要途径和手段，牛顿对于实验十分重视。在他的著作中反复强调了实验和观察的重要性，他坚持认为自然哲学家要把他的概括建立在对现象的仔细考察的基础上。他指出：“虽然用归纳法来从实验和观察中进行论证不能算是普遍的结论，但它是事物的本性所许可的最好论证方法。“牛顿还进一步指出：“我所以相信我提出的理论是对的，不是由于它来自这样一种推论，因为它不能别样而只能这样，也就是说，不仅仅由于驳倒了与它们相反的假设，而是因为它是从得出肯定而直接的结论的一些实验中推导出来的。所以考察它的方法，就在于考虑我所提出的实验是否确定了这个理论中应用了这些实验的那些部分，或者是去进行理论自身的验证而提出其他实验。”可见牛顿是相当重视科学实验的，他把它作为科学研究的最基本方法之一。
牛顿的科学研究是以实验为基础的。他历来十分注意科学观察和实验。他曾制造过风筝、日规和漏壶，还研磨过棱镜。他还设计了许多精巧的实验装置和仪器。例如他设计和制造了第一个反射望远镜。他做过许多出色的科学实验，如色散实验和干涉实验等。他的一些重大成果是与实验密切相关的。牛顿进行的科学实验有不少是研究探索性的，但更多的是验证性实验。除了他个人的实验和观察外，他十分注意从前人和其他科学家的实验和观察来获得大量的经验和证据。这样就使他的理论是建立在更加广泛的实验的基础之上的。
牛顿建立力学理论，提出一般原理时，仅仅应用实验法是不够的。用实验方法还不能使牛顿提出力学三大定律。他还应用了抽象方法，例如第一定律指出：“每个物体继续保持其静止或沿一直线运动的状态，除非有力加于其上迫使改变这种状态。”这里所描述的是物体不受外力作用下的状态。一般来说，观察一个物体的运动要有一个观察者或某种观察记录仪器，但是任何物体之间都是存在着引力作用的。一个被观察的物体是不可能不受外力的作用。其实惯性定律是通过对物体运动做出的抽象而建立的。科学抽象也是牛顿进行科学研究的一种基本方法。在牛顿力学中有不少概念和原理的提出是与应用抽象方法分不开的。牛顿绝对空间、绝对时间的概念也是抽象的结果。牛顿引力理论的建立同样离不开抽象方法的运用。引力定律是在开普勒定律基础上进行高层抽象的结果。作为低层抽象的开普勒定律是描述性的经验定律，而作为高层抽象的万有引力定律是解释性的原理。
理想化是科学抽象的一种形式。理想化方法是用理想的客体代替实在的客体进行科学研究的一种重要方法。运用这一方法能够大大的简化研究对象，有利于逻辑推理和发现事物的规律。牛顿在力学研究中运用了这种方法。实际上惯性定律的提出就应用了这一方法，它是在考察假想、纯化形态下物体的运动规律时得到的。引力定律实际上也是一个“理想模型”。在引力问题的研究中，牛顿实际上已运用了“质点”这一理想化的概念。虽然牛顿在他的著作中没有强调抽象方法。但他在科学研究中却多次应用了这种方法，他对许多问题的归纳概括也包含着大量的科学抽象。抽象方法的应用补充了牛顿实验研究的不足。
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