7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性同步练习-试卷(word版含答案)
文档属性
| 名称 | 7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性同步练习-试卷(word版含答案) |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 132.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-23 20:21:53 | ||
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文档简介
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性同步练习
一、单选题（本大题共8道小题）
1. 下列说法不正确的是（ ）
A．经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
B．相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C．经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
2. 下列关于经典力学的说法不正确的是（ ）
A．自由落体运动规律属于经典力学
B．行星运动定律属于经典力学
C．牛顿运动定律属于经典力学
D．爱因斯坦在20世纪初创立了相对论理论，这表明牛顿的经典力学已不再适用
3. 下列说法正确的是( )
A．根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变矮
B．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化
C．LC振动电路中，电容器的放电过程，电场能逐渐转化为磁场能
D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
4. 下列物体的运动不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、宇宙飞船的运动
C．物体运动速率接近真空中的光速
D．地球绕太阳的运动
5. 下列说法错误的是（ ）
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体
B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于受到离心力而产生的
C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律
D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值
6. 下列运动中，牛顿力学规律适用的是（ ）
A．研究原子中电子的运动
B．高能粒子（速度较大）进一步加速
C．粒子接近光速的运动
D．嫦娥一号探月卫星的运动
7. 1按照相对论的观点，下列说法正确的是（ ）
A．物体运动时的质量总是小于其静止时的质量
B．物体运动时的质量总是等于其静止时的质量
C．真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的
D．真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的
8. 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
二、填空题（本大题共3道小题）
9. 质量m = 1.67 × 10 - 27kg的质子在高能粒子加速器中被加速到动能Ek = 1.60 × 10 - 10J。某同学根据推算出该质子速度大小v = 4.38 × 108m/s（计算无误），计算的结果是____________（选填“合理”“不合理”），理由___________。
10. 有三只完全相同的时钟，时钟A放在高速行驶的火车上(火车时速200千米/小时)，时钟B放在高速旋转的圆盘边缘，随圆盘一起转动，其向心加速度约为2000g，时钟C放在中子星附近．关于这三只钟的变慢情况，下列说法正确的是明显变慢的是________、变化不明显的是________．
11. 新华网北京月日电当前，俄罗斯在叙利亚针对“伊斯兰国”（）的空袭仍在持续．而物理学中（）则表示_________．牛顿力学具有一定的局限性，牛顿力学只能适用_________、宏观领域中的力学现象．
三、解答题（本大题共3道小题）
12. 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？
13. 假设有一对孪生兄弟A和B,其中B乘坐速度为v=0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)又飞回地球,据A在地球上的观测大角星离地球有40光年．这次B往返飞行经历的时间为80.8年(如果B离开地球时,他们的年龄为20岁),试问当B回到地球时,他们的年龄各有多大
14. 研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求：
(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；
(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；
(3)该粒子运动时的动能。
答案
一、单选题（本大题共8道小题）
1. 【答案】D
【详解】
A．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A项正确，不符合题意；
B．相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同，故B项正确，不符合题意；
C．经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动（相对于光速）的问题，故C项正确，不符合题意；
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，经典力学是适用的，故D项不正确，符合题意。
2. 【答案】D
【解析】
【详解】
AB．经典力学有一定的局限性，适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体。自由落体运动、行星运动定律遵守牛顿运动定律，属于经典力学，故AB正确；
C．牛顿运动定律是经典力学的核心理论，属于经典力学，故C正确；
D．牛顿的经典力学是爱因斯坦相对论理论在低速条件下的近似，所以相对论的创立并不表明牛顿的经典力学已不再适用，D错误。
本题选不正确的，故选D。
3. 【答案】CD
【详解】
A．根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短，选项A错误；
B．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域是固定的．选项B错误；
C．LC振荡电路中，电容器开始放电时电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，选项C正确；
D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射，选项D正确．
故选CD。
4. 【答案】C
5. 【答案】B
【详解】
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体，选项A正确，不符合题意；
B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于汽车所受地面的摩擦力小于所需的向心力而产生的，选项B错误，符合题意；
C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律，选项C正确，不符合题意；
D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值，选项D正确，不符合题意。
故选B。
6. 【答案】D
【解析】【解答】ABC．牛顿力学规律适用于宏观低速的物理过程，电子的运动，高能粒子的加速、接近光速的运动不满足此条件，ABC不符合题意；
D．嫦娥一号探月卫星的运动满足牛顿力学的适用条件，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】牛顿力学规律只适用于宏观低速的物理过程，如嫦娥一号探月卫星的运动。
7. 【答案】D
【详解】
AB．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，故AB错误；
CD．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，故C错误，D正确。
故选D。
8. 【答案】C
【解析】
【详解】
AB．牛顿建立的经典力学只适用于弱引力，遵从万有引力的为弱引力，遵从爱因斯坦引力理论的引力为强引力，故A、B错误；
CD．密度越大的天体表面引力越强，中子星密度非常大，其表面的引力比常见的引力强得多，为强引力，牛顿的引力理论已经不能正确解决了，故C正确，D错误。
故选C。
二、填空题（本大题共3道小题）
9. 【答案】 不合理 见解析
【详解】
根据相对论运动物体的质量
m =
其中m0是物体的静止质量，动能的计算公式仅适用于低速物体，对于高速运动物体已经不再适用，由该同学的计算可知，求出的质子速度大于光速，动能的计算公式已经不再适用，因此该同学得出的数值不合理。
10. 【答案】 B钟和C钟 A钟
【解析】
【详解】
火车的速度相对光速而言很小，时钟变慢不明显，B钟有很大的加速度，C钟受强引力作用，都明显变慢．
11. 【答案】 国际单位制 低速
【详解】
物理学中（SI）表示国际单位制．牛顿力学具有一定的局限性，牛顿力学只能适用低速、宏观领域中的力学现象．
三、解答题（本大题共3道小题）
12. 【答案】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
13. 【答案】A为100.8岁,B为55.2岁
【详解】
试题分析：根据爱因斯坦的狭义相对论，空间距离是相对的，根据时间的相对性公式 列式求解即可．
设B在飞船惯性系中经历的时间为t′，根据相对论效应得：即有，解得：t′=35.2（年）
所以B回到地球时的年龄为20+35.2=55.2岁．
A的年龄为20+80.8=100.8岁．
14. 【答案】(1)5.87×10－8s；(2)15.85m；(3)2.89×10－11J
【解析】
【详解】
(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足
τ′＝＝s＝5.87×10－8s
(2)平均距离
d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m
(3)粒子的静止质量
m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg
粒子的动能为
Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J
2 / 2
一、单选题（本大题共8道小题）
1. 下列说法不正确的是（ ）
A．经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
B．相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C．经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
2. 下列关于经典力学的说法不正确的是（ ）
A．自由落体运动规律属于经典力学
B．行星运动定律属于经典力学
C．牛顿运动定律属于经典力学
D．爱因斯坦在20世纪初创立了相对论理论，这表明牛顿的经典力学已不再适用
3. 下列说法正确的是( )
A．根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变矮
B．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化
C．LC振动电路中，电容器的放电过程，电场能逐渐转化为磁场能
D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
4. 下列物体的运动不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、宇宙飞船的运动
C．物体运动速率接近真空中的光速
D．地球绕太阳的运动
5. 下列说法错误的是（ ）
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体
B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于受到离心力而产生的
C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律
D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值
6. 下列运动中，牛顿力学规律适用的是（ ）
A．研究原子中电子的运动
B．高能粒子（速度较大）进一步加速
C．粒子接近光速的运动
D．嫦娥一号探月卫星的运动
7. 1按照相对论的观点，下列说法正确的是（ ）
A．物体运动时的质量总是小于其静止时的质量
B．物体运动时的质量总是等于其静止时的质量
C．真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的
D．真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的
8. 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
二、填空题（本大题共3道小题）
9. 质量m = 1.67 × 10 - 27kg的质子在高能粒子加速器中被加速到动能Ek = 1.60 × 10 - 10J。某同学根据推算出该质子速度大小v = 4.38 × 108m/s（计算无误），计算的结果是____________（选填“合理”“不合理”），理由___________。
10. 有三只完全相同的时钟，时钟A放在高速行驶的火车上(火车时速200千米/小时)，时钟B放在高速旋转的圆盘边缘，随圆盘一起转动，其向心加速度约为2000g，时钟C放在中子星附近．关于这三只钟的变慢情况，下列说法正确的是明显变慢的是________、变化不明显的是________．
11. 新华网北京月日电当前，俄罗斯在叙利亚针对“伊斯兰国”（）的空袭仍在持续．而物理学中（）则表示_________．牛顿力学具有一定的局限性，牛顿力学只能适用_________、宏观领域中的力学现象．
三、解答题（本大题共3道小题）
12. 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？
13. 假设有一对孪生兄弟A和B,其中B乘坐速度为v=0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)又飞回地球,据A在地球上的观测大角星离地球有40光年．这次B往返飞行经历的时间为80.8年(如果B离开地球时,他们的年龄为20岁),试问当B回到地球时,他们的年龄各有多大
14. 研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求：
(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；
(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；
(3)该粒子运动时的动能。
答案
一、单选题（本大题共8道小题）
1. 【答案】D
【详解】
A．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A项正确，不符合题意；
B．相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同，故B项正确，不符合题意；
C．经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动（相对于光速）的问题，故C项正确，不符合题意；
D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，经典力学是适用的，故D项不正确，符合题意。
2. 【答案】D
【解析】
【详解】
AB．经典力学有一定的局限性，适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体。自由落体运动、行星运动定律遵守牛顿运动定律，属于经典力学，故AB正确；
C．牛顿运动定律是经典力学的核心理论，属于经典力学，故C正确；
D．牛顿的经典力学是爱因斯坦相对论理论在低速条件下的近似，所以相对论的创立并不表明牛顿的经典力学已不再适用，D错误。
本题选不正确的，故选D。
3. 【答案】CD
【详解】
A．根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短，选项A错误；
B．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域是固定的．选项B错误；
C．LC振荡电路中，电容器开始放电时电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，选项C正确；
D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射，选项D正确．
故选CD。
4. 【答案】C
5. 【答案】B
【详解】
A．经典力学适用于低速运动、宏观物体，选项A正确，不符合题意；
B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于汽车所受地面的摩擦力小于所需的向心力而产生的，选项B错误，符合题意；
C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律，选项C正确，不符合题意；
D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值，选项D正确，不符合题意。
故选B。
6. 【答案】D
【解析】【解答】ABC．牛顿力学规律适用于宏观低速的物理过程，电子的运动，高能粒子的加速、接近光速的运动不满足此条件，ABC不符合题意；
D．嫦娥一号探月卫星的运动满足牛顿力学的适用条件，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】牛顿力学规律只适用于宏观低速的物理过程，如嫦娥一号探月卫星的运动。
7. 【答案】D
【详解】
AB．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，故AB错误；
CD．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，故C错误，D正确。
故选D。
8. 【答案】C
【解析】
【详解】
AB．牛顿建立的经典力学只适用于弱引力，遵从万有引力的为弱引力，遵从爱因斯坦引力理论的引力为强引力，故A、B错误；
CD．密度越大的天体表面引力越强，中子星密度非常大，其表面的引力比常见的引力强得多，为强引力，牛顿的引力理论已经不能正确解决了，故C正确，D错误。
故选C。
二、填空题（本大题共3道小题）
9. 【答案】 不合理 见解析
【详解】
根据相对论运动物体的质量
m =
其中m0是物体的静止质量，动能的计算公式仅适用于低速物体，对于高速运动物体已经不再适用，由该同学的计算可知，求出的质子速度大于光速，动能的计算公式已经不再适用，因此该同学得出的数值不合理。
10. 【答案】 B钟和C钟 A钟
【解析】
【详解】
火车的速度相对光速而言很小，时钟变慢不明显，B钟有很大的加速度，C钟受强引力作用，都明显变慢．
11. 【答案】 国际单位制 低速
【详解】
物理学中（SI）表示国际单位制．牛顿力学具有一定的局限性，牛顿力学只能适用低速、宏观领域中的力学现象．
三、解答题（本大题共3道小题）
12. 【答案】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
13. 【答案】A为100.8岁,B为55.2岁
【详解】
试题分析：根据爱因斯坦的狭义相对论，空间距离是相对的，根据时间的相对性公式 列式求解即可．
设B在飞船惯性系中经历的时间为t′，根据相对论效应得：即有，解得：t′=35.2（年）
所以B回到地球时的年龄为20+35.2=55.2岁．
A的年龄为20+80.8=100.8岁．
14. 【答案】(1)5.87×10－8s；(2)15.85m；(3)2.89×10－11J
【解析】
【详解】
(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足
τ′＝＝s＝5.87×10－8s
(2)平均距离
d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m
(3)粒子的静止质量
m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg
粒子的动能为
Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J
2 / 2