第七章第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习（含答案）

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第七章第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习
姓名：__________ 班级：__________ 座号：__________
一、单选题（共12小题）
1. 假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是(　　)21cnjy.com
A. 这个人是一个矮胖子
B. 这个人是一个瘦高个子
C. 这个人矮但不胖
D. 这个人瘦但不高
2. 经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指(　　)
A. 行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B. 地球表面上的物质世界
C. 人眼能看到的物质世界
D. 不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
3. 如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光速的传播速度为(　　)21*cnjy*com
A. 0.4c B. 0.5c C. 0.9c D. c
4. 下列说法不正确的是(　　)
A. 牛顿力学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因物体的速度不同而不同
C. 牛顿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，相对论和牛顿力学的结论仍有很大的区别
5. 有一把长为L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L B. 小于L C. 等于L D. 无法测量
6. 地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在高速运动的火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图所示)，哪个事件先发生(　　)www.21-cn-jy.com
A. A事件先发生
B. B事件先发生
C. 两个事件同时发生
D. 可能是A事件先发生，也可能是B事件先发生
7. 话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是(　　)
A. 哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B. 弟弟思念哥哥而加速生长了
C. 由相对论可知，物体速度越大，在其上的时间进程就越慢，生理过程也越慢
D. 这是神话，科学无法解释
8. 经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动，这里的“高速”是指(　　)
A. 声音在空气中的传播速度
B. 第一宇宙速度
C. 高铁列车允许行驶的最大速度
D. 接近真空中光的传播速度
9. 某星际飞船正在遥远的外太空飞行，假如它的速度可以达到0.7c，在地球上观测到其经过8.76×104 h的时间到达某星球，则在飞船上的人看来，其到达此星球需要的时间是(　　)21世纪教育网版权所有
A. 8.76×104 h B. 6.26×104 h
C. 12.27×104 h D. 16.52×104 h
10. 某宇航员要到离地球5 光年的星球上去旅行，如果把这段路程缩短为3 光年，则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)21教育网
A. 0.5c B. 0.6c C. 0.8c D. 0.9c21*cnjy*com
11. 在一个高速旋转的巨大转盘上放置三个完全相同的时钟，a放在转轴处，b放在中间，c放在边缘处，如图所示．对于地面上的观察者，根据相对论认为三个时钟的快慢情况，下列说法正确的是(　　)【出处：21教育名师】
A. a钟最快，b、c钟一样慢
B. a钟最慢，b、c钟一样快
C. a钟最快，c钟最慢
D. a钟最慢，c钟最快
12. 关于牛顿力学、相对论、量子力学，下列说法正确的是(　　)
A. 不论是宏观物体，还是对微观粒子，牛顿力学和量子力学都适用的
B. 牛顿力学适用于低速运动的物体，相对论适用于高速运动的物体
C. 牛顿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. 相对论与量子力学否定了牛顿力学理论
二、多选题（共4小题）
13. (多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(　　)【来源：21cnj*y.co*m】
A. 飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B. 飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C. 地球上的人观测到地球上的钟较快
D. 地球上的人观测到地球上的钟较慢
14. (多选)在相对论中，下列说法正确的是(　　)
A. 所有惯性系中基本规律都是相同的
B. 在真空中，光的速度与惯性系的选择无关
C. 在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同
D. 长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态而改变
15. (多选)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针是准确的【版权所有：21教育】
C. 在地在上的人看来，以10 km/s的速度向上运动的飞船在运动方向上会变短，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21教育名师原创作品
D. 当物体运动的速度v c时，时间变化和长度变化效果可忽略不计
16. (多选)甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺子，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺子，则下列说法正确的是(　　)
A. 甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度大
B. 甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小
C. 乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度大
D. 乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度小
三、计算题（共2小题）
17. 一支静止时长为L的火箭以v的速度从观察者的身边飞过．
(1)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？
(2)观察者测得火箭的长度应为多少？
(3)如果火箭的速度为光速的，观察者测得火箭的长度应为多少？
18. 地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【来源：21·世纪·教育·网】
1. 【答案】D
【解析】取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D.
2. 【答案】D
【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.
3. 【答案】D
【解析】根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到的真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为c，选项D正确．
4. 【答案】D
【解析】牛顿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正确；相对论时空观认为物体的长度和质量会因物体的速度不同而不同，故B正确；牛顿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正确；当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论相差不大，牛顿力学是适用的，故D不正确．
5. 【答案】C
【解析】相对论中所谓有“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，故选项C正确．
6. 【答案】B
【解析】可以设想，在事件A发生时，A处发出一个闪光，在事件B发生时，B处发出一个闪光，两闪光相遇作为一个事件，发生在线段AB的中点，这在不同的参考系中看都是一样的．这个现象在地面参考系中很容易解释，两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇．火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭的方向运动，从闪光发生到两闪光相遇，线段中点向火箭的方向运动了一段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的传播速度相同，一定是闪光B发出得早一些，所以B事件先发生，选项B正确．21·cn·jy·com
7. 【答案】C
【解析】根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢．2-1-c-n-j-y
8. 【答案】D
【解析】这里的“高速”是指接近真空中的光的传播速度，故D正确，A、B、C错误．
9. 【答案】B
【解析】Δτ＝Δt＝8.76×104× h≈6.26×104 h，故B正确．
10. 【答案】C
【解析】由l＝l0，且＝，可得v＝0.8c，故C正确．
11. 【答案】C
【解析】根据公式Δt＝观察者认为c钟走得最慢，因为它相对观察者的速度最大；b钟比c钟快一些，而a钟最快，因为它的速度最小，选项C正确．
12. 【答案】C
【解析】牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的物体不再适用，量子力学适用于微观粒子运动，相对论适用于一切运动物体，故A、B错误，C正确．相对论与量子力学并没有否定牛顿力学，而是在其基础上发展起来的，故D错误．
13. 【答案】AC
【解析】飞船上的人观察钟表时，是以飞船为参考系，看到地球上的钟表在高速运动，观察到地球上的钟慢，即飞船上的钟快，选项A正确，B错误；同理地球上的人是以地球为参考系，观察结果是地球上的钟快，飞船上的钟慢，选项C正确，D错误．
14. 【答案】AB
【解析】根据相对论的观点，在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；长度、时间的测量结果会随物体与观察者的状态而改变．故A、B正确．2·1·c·n·j·y
15. 【答案】BCD
【解析】按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt＝可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对宇航员静止，时钟准确，B正确；由l＝l0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v c时，时间变化和长度变化效果可忽略不计，D正确．
16. 【答案】BD
【解析】对甲来说，他看到火车内的尺子是静止的，长度为公式中的l0，他观察到乙后中的尺子是运动的，看到的长度相当于公式中的l，由l＝l0，得l17. 【答案】(1)L　(2)L　(3)L
【解析】(1)火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度相同，即为L.
(2)地面上观察者看火箭时，有相对速度v，测量长度将变短，由相对论长度收缩效应公式知L′＝L，其中c为真空中的光速．21·世纪*教育网
(3)将v＝代入长度收缩效应公式得L′＝l.
18. 【答案】100 km　80 km
【解析】当火箭速度较低时，火箭上的人看到铁路的长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c时，由相对论长度公式l＝l0www-2-1-cnjy-com
代入相应的数据得：
l＝100× km＝80 km.
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