人教版必修二7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性(word版含答案)
文档属性
| 名称 | 人教版必修二7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性(word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 73.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-24 22:09:43 | ||
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文档简介
人教版必修二7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、单项选择题（共6小题）
1. 古代欧洲人一直将亚里士多德的理论当成真理，牛顿力学体系建立后，也一度被看作绝对权威的理论，相对论出现后，解决了经典力学无法解决的难题。这说明
A. 随着社会不断进步，人们会否定更多的真理
B. 社会不断进步，促进社会发展的自然科学理论也不断进步
C. 人类永远无法找到真理
D. 经典力学体系已经过时，为社会所抛弃
2. 关于广义相对论和狭义相对论之间的关系。下列说法中正确的是
A. 它们之间没有任何联系
B. 有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了
C. 狭义相对论能够解决时空弯曲问题
D. 为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论
3. 如图所示，在地面上 点固定一光源，在离光源等距的 、 两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，若在地面参考系中观测，先接收到光信号的是
A. B. C. 同时收到 D. 无法确定
4. 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. B. C. D.
5. 通过一个加速装置对电子施加一个很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是
A. 根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动
B. 电子先做加速运动，后以光速做匀速直线运动
C. 电子开始时近似做匀加速运动，后来质量增大，牛顿运动定律不再适用
D. 电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释
6. ， 两火箭沿同一方向高速飞过地面的某处，，在 火箭上的人观察结果正确的是
A. 火箭 上的时钟走得最快 B. 地面上的时钟走得最快
C. 火箭 上的时钟走得最快 D. 火箭 上的时钟走得最慢
二、双项选择题（共1小题）
7. 下列说法正确的是
A. 爱因斯坦的狭义相对论彻底否定了经典力学
B. 爱因斯坦的狭义相对论更适用于研究物体在高速运动时所遵循的规律
C. 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
D. 牛顿力学的运动定律适用于物体在高速运动时所遵循的规律
三、多项选择题（共1小题）
8. 在下列运动中，牛顿运动定律仍适用的是
A. 赛车在赛道上高速行驶
B. 战斗机以 倍声速飞行
C. 电子以接近光速的速度绕原子核运动
D. 宇宙飞船在太空中飞行
四、填空题（共13小题）
9. 世纪末和 世纪初，随着物理学研究内容的拓展和深入，经典力学显现出了其局限性，经典力学只适用于 运动（填“低速”或“高速”）和 世界（填“微观”或“宏观”）。
10. 牛顿力学认为，无论静止还是运动，一只钟“滴答”一次的时间间隔、一把尺的长度（即空间间隔）以及一个物体的质量，总是不变的；而在爱因斯坦的相对论中，与静止时相比，运动的钟变慢、运动的尺 、运动物体的质量 。因此说，时间、空间和质量（即惯性）这三个基本的物理量，在牛顿力学中都是“绝对的”，但是在相对论中则都是“相对的”。
11. 宇宙是由大量不同层次的星系等构成的：①太阳系、②地月系、③宇宙、④银河系按尺寸从小到大的数字排列顺序为： 。
12. 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。
13. 时空、空间和质量这三个基本的物理量，在牛顿力学中都是 ，但在相对论中都是 。
14. 如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着 、 、 三个时钟， 时钟走得最慢， 时钟走得最快。
15. “世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关。一个时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图所示。由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到 （ 为真空中的光速）时，时钟的周期大约为 。在日常生活中，我们无法察觉时钟周期变化的现象是因为观察者相对于时钟的运动速度 。若在高速运行的飞船上有一只表，从地面上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变 （填“快”或'“慢”）了。
16. 判断下列说法的正误。
当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
17. 某宇航员要到离地球 光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为 光年，则他所乘飞船相对地球的速度应为 。
18. 爱因斯坦狭义相对论的两个假设：
（1）爱因斯坦相对性原理： 。
（2）光速不变原理： 。
19. 以 的速度运行的人造卫星上的一只完好的手表走过了 ，地面上的人认为它走过这 “实际”，花的时间为
20. 判断下列说法的正误。
经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了。
21. 著名物理学家“开尔文勋爵”威廉 汤姆逊曾自信地宣称：“科学的大厦已经基本完成”，但也承认，“明朗的天空中有两朵小小的、令人不安的乌云”。他指的科学大厦是 ，两朵乌云是 。
五、解答题（共6小题）
22. 地球上一观察者，看见一飞船 以速度 从他身边飞过，另一飞船 以速度 跟随 飞行。求：
（1） 上的乘客看到 的相对速度；
（2） 上的乘客看到 的相对速度。
23. 真空中的光速为 ，一个物体当其运动速度为 时质量为 ，当它的速度为 时，质量为多少
24. 在封闭汽车的内部，请你设计一个力学实验，来判断汽车是加速还是匀速 这与狭义相对性原理冲突吗
25. 实验室中静置着一个放射性物质样品，它放出两个方向相反的电子，由实验室人员测得一个电子的速率为 ，另一个速率为 。则一个电子相对于另一个电子的速率是多少
26. （1）某火箭在地面上的长度为 ，发射后它在地面附近高速（约 ）飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是
A. 下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变快了
B. 下方地面上的人观察到火箭变短了
C. 火箭上的人观察到火箭变短了
D. 火箭上的人看到下方地面上的所有物体都变短了
（2）在一飞船上测得飞船的长度为 ，高度为 。当飞船以 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长
27. 如图所示，车厢长为 ，正以速度 匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率 分别向前后匀速运动（相对于车厢），问：
（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁
（2）在地上的观察者看来，两球是否同时到达两壁
答案
1. B
2. D
【解析】狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能是对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决。
3. C
【解析】因光源离 、 两点等距，光向 、 两点传播速度相等，则光到达 、 两点所需要的时间相等，即在地面参考系中观测，两接收器同时收到光信号。
4. D
5. C
【解析】（2014 湖南湘潭高一检测）
电子在加速装置中由静止开始加速，开始阶段速度较低，远低于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为它在被加速的最初阶段做匀加速运动。随着电子的速度越来越大，接近光速时，相对论效应越来越大，质量越来越大，它不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用。
6. A
【解析】根据相对论理论知，相对观察者速度越小的时钟走得越快，火箭 上的时钟相对观察者的速度最小是零，故A正确。
7. B， C
8. A， B， D
9. 低速；宏观
【解析】经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理，它是 世纪以前的力学， 世纪以来，由于物理学的发展，经典力学的局限性也暴露出来。
10. 缩短；变大
11. ②①④③
12. 牛顿运动定律；万有引力
13. 绝对的；相对的
14. ；
【解析】 、 、 在同一转盘上，它们的角速度相同，由 可知 越大，线速度 越大。
可知， 越大， 越大，也就是说钟走得越慢。
从图中可以看出， 时钟的线速度最小， 时钟的线速度最大，故 时钟走得最快， 时钟走得最慢。
15. ；远小于光速 ；慢
【解析】根据图中数据可知，当时钟和观察者的相对速度达到 时，对应时钟的频率为 ，则周期为 。
日常生活中，我们无法察觉是因为运动速度远小于速度 。
16.
17.
【解析】由 ，得 ，解得 。
18. （1）在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；（2）真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
19.
20.
21. 以经典力学、热力学与统计物理学、电磁学理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系；黑体辐射和光的速度
22. （1）
【解析】 上看地以 的速度向后运动，在地面看 以 的速度向前运动，则 上乘客看 的速度为
（2）
【解析】 看 则相反，为 。
23.
【解析】（2014 河南周口高一期中 ）
，，所以 ，所以 。
24. 在汽车内部悬挂一单摆，若摆球与竖直方向无夹角，则汽车作匀速直线运动，若小球向后倾斜，则汽车作匀加速直线运动。
这与狭义相对性原理并不冲突。
25. 。
【解析】根据狭义相对论的原理知：一个电子相对于另一个电子的速率应该是 。
26. （1） B
【解析】由时间间隔的相对性知，下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变慢了，A 错误；
由长度的相对性知，下方地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的人观察到火箭长度没变，B 正确、C错误；
火箭上的人看到在垂直运动方向上，物体的长度不变，D 错误。
（2）
【解析】因为长度收缩只发生在运动方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来的高度 。
设飞船原长为 ，观测到飞船的长度为 ，则根据尺缩效应有
27. （1） 同时到达前后壁
（2） 向后运动的小球先碰壁
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一、单项选择题（共6小题）
1. 古代欧洲人一直将亚里士多德的理论当成真理，牛顿力学体系建立后，也一度被看作绝对权威的理论，相对论出现后，解决了经典力学无法解决的难题。这说明
A. 随着社会不断进步，人们会否定更多的真理
B. 社会不断进步，促进社会发展的自然科学理论也不断进步
C. 人类永远无法找到真理
D. 经典力学体系已经过时，为社会所抛弃
2. 关于广义相对论和狭义相对论之间的关系。下列说法中正确的是
A. 它们之间没有任何联系
B. 有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了
C. 狭义相对论能够解决时空弯曲问题
D. 为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论
3. 如图所示，在地面上 点固定一光源，在离光源等距的 、 两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，若在地面参考系中观测，先接收到光信号的是
A. B. C. 同时收到 D. 无法确定
4. 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. B. C. D.
5. 通过一个加速装置对电子施加一个很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是
A. 根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动
B. 电子先做加速运动，后以光速做匀速直线运动
C. 电子开始时近似做匀加速运动，后来质量增大，牛顿运动定律不再适用
D. 电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释
6. ， 两火箭沿同一方向高速飞过地面的某处，，在 火箭上的人观察结果正确的是
A. 火箭 上的时钟走得最快 B. 地面上的时钟走得最快
C. 火箭 上的时钟走得最快 D. 火箭 上的时钟走得最慢
二、双项选择题（共1小题）
7. 下列说法正确的是
A. 爱因斯坦的狭义相对论彻底否定了经典力学
B. 爱因斯坦的狭义相对论更适用于研究物体在高速运动时所遵循的规律
C. 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
D. 牛顿力学的运动定律适用于物体在高速运动时所遵循的规律
三、多项选择题（共1小题）
8. 在下列运动中，牛顿运动定律仍适用的是
A. 赛车在赛道上高速行驶
B. 战斗机以 倍声速飞行
C. 电子以接近光速的速度绕原子核运动
D. 宇宙飞船在太空中飞行
四、填空题（共13小题）
9. 世纪末和 世纪初，随着物理学研究内容的拓展和深入，经典力学显现出了其局限性，经典力学只适用于 运动（填“低速”或“高速”）和 世界（填“微观”或“宏观”）。
10. 牛顿力学认为，无论静止还是运动，一只钟“滴答”一次的时间间隔、一把尺的长度（即空间间隔）以及一个物体的质量，总是不变的；而在爱因斯坦的相对论中，与静止时相比，运动的钟变慢、运动的尺 、运动物体的质量 。因此说，时间、空间和质量（即惯性）这三个基本的物理量，在牛顿力学中都是“绝对的”，但是在相对论中则都是“相对的”。
11. 宇宙是由大量不同层次的星系等构成的：①太阳系、②地月系、③宇宙、④银河系按尺寸从小到大的数字排列顺序为： 。
12. 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。
13. 时空、空间和质量这三个基本的物理量，在牛顿力学中都是 ，但在相对论中都是 。
14. 如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着 、 、 三个时钟， 时钟走得最慢， 时钟走得最快。
15. “世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关。一个时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图所示。由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到 （ 为真空中的光速）时，时钟的周期大约为 。在日常生活中，我们无法察觉时钟周期变化的现象是因为观察者相对于时钟的运动速度 。若在高速运行的飞船上有一只表，从地面上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变 （填“快”或'“慢”）了。
16. 判断下列说法的正误。
当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
17. 某宇航员要到离地球 光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为 光年，则他所乘飞船相对地球的速度应为 。
18. 爱因斯坦狭义相对论的两个假设：
（1）爱因斯坦相对性原理： 。
（2）光速不变原理： 。
19. 以 的速度运行的人造卫星上的一只完好的手表走过了 ，地面上的人认为它走过这 “实际”，花的时间为
20. 判断下列说法的正误。
经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了。
21. 著名物理学家“开尔文勋爵”威廉 汤姆逊曾自信地宣称：“科学的大厦已经基本完成”，但也承认，“明朗的天空中有两朵小小的、令人不安的乌云”。他指的科学大厦是 ，两朵乌云是 。
五、解答题（共6小题）
22. 地球上一观察者，看见一飞船 以速度 从他身边飞过，另一飞船 以速度 跟随 飞行。求：
（1） 上的乘客看到 的相对速度；
（2） 上的乘客看到 的相对速度。
23. 真空中的光速为 ，一个物体当其运动速度为 时质量为 ，当它的速度为 时，质量为多少
24. 在封闭汽车的内部，请你设计一个力学实验，来判断汽车是加速还是匀速 这与狭义相对性原理冲突吗
25. 实验室中静置着一个放射性物质样品，它放出两个方向相反的电子，由实验室人员测得一个电子的速率为 ，另一个速率为 。则一个电子相对于另一个电子的速率是多少
26. （1）某火箭在地面上的长度为 ，发射后它在地面附近高速（约 ）飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是
A. 下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变快了
B. 下方地面上的人观察到火箭变短了
C. 火箭上的人观察到火箭变短了
D. 火箭上的人看到下方地面上的所有物体都变短了
（2）在一飞船上测得飞船的长度为 ，高度为 。当飞船以 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长
27. 如图所示，车厢长为 ，正以速度 匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率 分别向前后匀速运动（相对于车厢），问：
（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁
（2）在地上的观察者看来，两球是否同时到达两壁
答案
1. B
2. D
【解析】狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能是对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决。
3. C
【解析】因光源离 、 两点等距，光向 、 两点传播速度相等，则光到达 、 两点所需要的时间相等，即在地面参考系中观测，两接收器同时收到光信号。
4. D
5. C
【解析】（2014 湖南湘潭高一检测）
电子在加速装置中由静止开始加速，开始阶段速度较低，远低于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为它在被加速的最初阶段做匀加速运动。随着电子的速度越来越大，接近光速时，相对论效应越来越大，质量越来越大，它不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用。
6. A
【解析】根据相对论理论知，相对观察者速度越小的时钟走得越快，火箭 上的时钟相对观察者的速度最小是零，故A正确。
7. B， C
8. A， B， D
9. 低速；宏观
【解析】经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理，它是 世纪以前的力学， 世纪以来，由于物理学的发展，经典力学的局限性也暴露出来。
10. 缩短；变大
11. ②①④③
12. 牛顿运动定律；万有引力
13. 绝对的；相对的
14. ；
【解析】 、 、 在同一转盘上，它们的角速度相同，由 可知 越大，线速度 越大。
可知， 越大， 越大，也就是说钟走得越慢。
从图中可以看出， 时钟的线速度最小， 时钟的线速度最大，故 时钟走得最快， 时钟走得最慢。
15. ；远小于光速 ；慢
【解析】根据图中数据可知，当时钟和观察者的相对速度达到 时，对应时钟的频率为 ，则周期为 。
日常生活中，我们无法察觉是因为运动速度远小于速度 。
16.
17.
【解析】由 ，得 ，解得 。
18. （1）在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；（2）真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
19.
20.
21. 以经典力学、热力学与统计物理学、电磁学理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系；黑体辐射和光的速度
22. （1）
【解析】 上看地以 的速度向后运动，在地面看 以 的速度向前运动，则 上乘客看 的速度为
（2）
【解析】 看 则相反，为 。
23.
【解析】（2014 河南周口高一期中 ）
，，所以 ，所以 。
24. 在汽车内部悬挂一单摆，若摆球与竖直方向无夹角，则汽车作匀速直线运动，若小球向后倾斜，则汽车作匀加速直线运动。
这与狭义相对性原理并不冲突。
25. 。
【解析】根据狭义相对论的原理知：一个电子相对于另一个电子的速率应该是 。
26. （1） B
【解析】由时间间隔的相对性知，下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变慢了，A 错误；
由长度的相对性知，下方地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的人观察到火箭长度没变，B 正确、C错误；
火箭上的人看到在垂直运动方向上，物体的长度不变，D 错误。
（2）
【解析】因为长度收缩只发生在运动方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来的高度 。
设飞船原长为 ，观测到飞船的长度为 ，则根据尺缩效应有
27. （1） 同时到达前后壁
（2） 向后运动的小球先碰壁
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