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．下列说法正确的是（　　）
A．经典力学能够描述微观粒子的运动规律
B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题
C．相对论与量子力学的出现，表明经典力学已失去意义
D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍能适用
2．通过物理学史的学习，能让我们增长见识，加深对物理学的理解，还能从前人的经验中得到启示．下列说法正确的是( )
A．第谷提出了行星运动三大定律，在此基础上，牛顿发现了万有引力定律
B．卡文迪许用实验测定了引力常量
C．冥王星被称为“笔尖下发现的行星”
D．经典力学也适用于微观高速强引力的领域
3．下列说法正确的是（ ）
A．万有引力定律是牛顿发现的
B．引力常量是牛顿测出
C．开普勒行星运动定律是开普勒通过实验发现的
D．经典力学既适用于宏观世界，也适用于微观世界
4．美国科学家于2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是 （　　）
A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动
B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论
D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
5．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
6．下列说法正确的是（ ）
A．经典力学的适用条件宏观、低速、弱引力作用
B．平抛运动的物体在相同时间内速率的变化量相同
C．做匀速圆周运动的物体的加速度保持不变
D．两个不共线的匀变速直线运动的合运动一定是匀变速直线运动
7．如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBA．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢
C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快
8．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船与天和核心舱采用自主快速径向交会对接模式成功对接，与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱（船）组合体。翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员从神舟十三号载人飞船进入天和核心舱，将在轨飞行6个月，据王亚平介绍，航天员在核心舱内每天能看到16次日出。已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．核心舱的运行速度大于第二宇宙速度
B．核心舱的离地高度约等于地球半径
C．核心舱的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度
D．根据狭义相对论，在轨飞行的过程中，航天员的手表变快了
9．下列说法正确的是（ ）
①爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
②爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
③牛顿力学的运动定律研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
④牛顿力学的运动定律研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
10．下列说法中正确的是（ ）
A．开普勒发现了行星运动定律
B．牛顿较准确地测出了引力常量的数值
C．经典力学既适用于宏观世界，也适用于微观世界
D．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动
11．下列运动中不能用经典力学规律描述的是（　　）
A．子弹的飞行 B．和谐号从深圳向广州飞驰
C．人造卫星绕地球运动 D．粒子接近光速的运动
12．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重大贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法，下列关于物理学史和物理学方法的叙述中正确的是（　　）
A．牛顿发现了万有引力定律，他被称为“称量地球质量”第一人
B．卡文迪许为了检验万有引力定律的正确性，首次进行了“月-地检验”
C．经典力学理论是普遍适用得，大到天体，小到微观粒子均适用
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
13．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
14．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（　　）
A．经典力学适用于微观高速运动的物体
B．尽管经典力学有局限性，可是生活中一般力学问题都用经典力学来解决
C．天宫二号速度很大，有关速度问题不能用经典力学来处理
D．经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体
15．关于经典力学，下列说法正确的是( )
A．仅适用于微观粒子的运动
B．适用于宏观物体的低速运动
C．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
D．经典力学中，物体的长度与其运动速度有关
二、填空题（共4题）
16．来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线，μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，按常理，μ子不可能穿过高度大于100 km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子。则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命___________（选填“大于”“等于”或“小于”）3.0 μs。如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度___________（选填“大于”“等于”或“小于”） 100 km；如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速___________（选填“大于”“等于”或“小于”）c。
17．一颗以0.1c的速度朝地球运动的星突然爆炸变为一颗明亮的超新星，爆炸所发出的光离开这颗超新星的速度为______，在地球测量，这束光射向地球的速度为______。
18．在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度______（填写“相同”或“不同”），判断依据是________
19．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。
三、综合题（共4题）
20．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。
21．也许你会疑惑，为什么在日常生活中未发现长度收缩、时间延缓或质量随速度增大而增加的现象。请你从长度收缩公式和质速关系式出发，探索牛顿运动定律在宏观低速世界的合理性。
22．什么是经典力学？其主要内容是什么？
23．半人马星座内的星是离太阳系最近的恒星，它与地球间的距离约为。假设有一宇宙飞船往返于地球和半人马星座内的星之间，若宇宙飞船的速率为，则：
(1)按地球上的时钟计算，飞船往返一次需要多少时间？
(2)按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间又为多少？（计算结果均保留三位有效数字）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．B
3．A
4．A
5．A
6．A
7．C
8．C
9．D
10．A
11．D
12．D
13．D
14．B
15．B
16． 大于 小于 等于
17． 3×108m/s 3×108m/s
18． 相同 光速不变原理
19． 低速 宏观 爱因斯坦 相对论 量子
20．
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。
21．
根据长度的相对性：，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；时间间隔的相对性：．时间有延缓效应；当物体运动的速度v＜＜c，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，质量时间可认为不变，牛顿运动具有合理性。
22．
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。
23．(1)；(2)
答案第1页，共2页