5.1 经典力学的成就与局限性
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
50分
一、选择题（本题包括7小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有两个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共28分）
1.下列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
C.物体运动的速率接近于真空中的光速
D.能量的不连续现象
2.为经典物理学的建立作出重要贡献的科学家除了我们熟知的牛顿、伽利略和哥白尼外，还有（ ）
A.开普勒 B.笛卡儿
C.惠更斯 D.爱因斯坦
3.经典力学的建立（ ）
A.标志着近代自然科学的诞生
B.实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合
C.确立了一切自然科学理论应有的基本特征
D.成为量子力学的基础
4.经典力学适用于解决（ ）
A.宏观高速问题
B.微观低速问题
C.宏观低速问题
D.微观高速问题
5.经典力学的局限性表现在（ ）
A.认为物体的质量恒定不变
B.认为物体的质量和能量之间存在着密切的联系
C.认为微观粒子的能量只能取分立的数值
D.认为微观粒子的速度和位置具有不确定性
6.牛顿曾谦虚地说过：他比别人看得更远是因为站在巨人的肩上，这里所指的巨人是（ ）
A.亚里士多德 B.伽利略
C.笛卡儿 D.卡文迪许
7.19世纪和20世纪之交，经典物理已达到了完整、成熟的阶段，但“在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云”，人们发现了经典物理学也有无法解释的实验事实，“两朵乌云”是 指（ ）
A.宏观问题 B.高速问题
C.微观问题 D.低速问题
二、填空题(本题共3小题，每小题4分，共12分．把答案填在题中横线上)
8.牛顿的_________出版于1687年，是一部奠定了经典力学基础的划时代著作.它对近、现代科学和科学哲学的发展，产生了无与伦比的影响，是自然科学史上的一座伟大的丰碑.此著作共有_________大部分.其中第二部分共包括_________卷.
9.______ _________和________________把天体运动与地上的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次理论大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃.
10.经典力学方法的典型就是_________和_________的研究方法.
三、简答题(本小题共2小题，每小题5分，共10分)
11.什么是经典力学？其主要内容是什么？
12.结合历史试述由物理学的发展所引发的几次工业革命.
5.1 经典力学的成就与局限性
得分：
选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
答案
二、填空题
8.
9.
10.
三、简答题
11.
12.
5.1 经典力学的成就与局限性 参考答案
一、选择题
1.AB
解析：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误.能量的不连续现象涉及量子论，不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.
2.ABC
3.ABC
4.C
5.A
6.BC
7.BC
解析：由伽利略和牛顿创立的经典力学及物理学的各个分支，在19世纪相继进入鼎盛时期，它的完美和威力使物理学家深信，天地四方，古往今来的一切现象都能够用经典力学来描述，但是当人们用来解释原子内部结构微观世界和接近光速的高速运动的物体时，发现与实际情况有很大的出入，这令许多物理学家感到困惑，成为“令人不安的乌云”.故选B、C.
二、填空题
8.《自然哲学的数学原理》 两 三
9.牛顿运动三定律 万有引力定律
10.伽利略 牛顿
三、简答题
11.（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.
解析：经典力学主要包括牛顿三定律和万有引力定律.
12.18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命；19世纪70年代，具有实用价值的电动机、发电机相继问世，使电能的广泛应用成为可能，从而导致了第二次工业革命；20世纪40年代开始，原子能技术、电子计算机技术和空间技术的发展促成了第三次工业革命.
解析：从三次工业革命的标志出发展开讨论.
5.3 量子化现象
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
60分
一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确，每小题4分，共40分）
1.下列说法中错误的是( )
A.为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难，德国物理学家普朗克提出了能量的量子化假说，解决了黑体辐射的理论困难，揭开了物理学崭新的一页
B.普朗克还提出了光量子理论，即光在传播过程中，能量是不连续的，它是数值分立的能量组成的
C.物质波理论揭示了物质(包括光和电子)的统 一性
D.量子论认为原子处于一系列不连续的能量状态之中
2.以下说法不正确的是( )
A．物体都具有波动性
B．抖动绳的一端，绳上的波都是物质波
C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D．物质波是一种概率波
3.关于热辐射的说法正确的是( )
A．只有热的物体才辐射电磁波
B．物体向外辐射电磁波时只能以某一特定波长
C．冷的物体不能向外辐射电磁波
D．室温时物体热辐射的主要是频率较低的电磁波
4.为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．下列说法中正确的是( )
A．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射
B．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射
D．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射
5.光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片，并设法减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，设每个光子从狭缝上通过打在底片上就留下一个点，则下述说法错误的是( )
A.若曝光时间不太长，则在底片上出现一些无规则的点
B.若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹
C.这一实验表明光具有粒子性
D.这一实验表明光具有波动性
6.下列关于光具有波粒二象性的叙述中正确的 是( )
A．光的波动性与机械波、光的粒子性与质点都是等同的
B．大量光子的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
C．光既有波动性又有粒子性，是相互矛盾的，是不能统一的
D．光的频率越高，波动性越显著
7.某些物质受到光照后能发射荧光，若入射光的波长为，该物质发射荧光的可能波长为，则( )
A．一定只有
B．一定只有
C．一定有
D．一定有
8.根据爱因斯坦光子说，光子能量等于(为普朗克常量，为真空中的光速和波长)( )
A. B.
C. D.
9.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63× 10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
10.关于光的本性，下列说法中正确的是( )
①光子说并没有否定光的电磁说
②光电效应现象反映了光的粒子性
③光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
④大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
二、计算题（本题共3小题，11、12题每小题5分，13题10分，共20分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位）
11.功率为的灯泡所放出的能量有在可见光范围内，它每秒内放出可见光子的数目为多少？(设可见光的平均波长为)
12．能量为2.0×10－12 J的光子的波长是多少纳米？
13.太阳光垂直射到地面上时，地面接受的太阳光的功率为，其中可见光部分约占.
（1)假如认为可见光的波长约为，日、地间距离．普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？
（2）若已知地球的半径r=6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率．
5.3 量子化现象
得分：
选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
二、计算题
11.
12.
13.
5.3 量子化现象 参考答案
一、选择题
1.B 解析：爱因斯坦提出了光量子理论，即光在传播过程中能量是不连续的，它是数值分立的能量组成的，所以B选项错．
2.B 解析：物质均具有波粒二象性，这一点由电子衍射实验验证，同时物质波受波动规律支配，是一种概率波．
3.B 解析：一切物体都在辐射电磁波，故A错误；根据黑体辐射规律可知，物体只能辐射和吸收一定频率(或波长)的电磁波，故B正确；热辐射与温度有关，温度越高，辐射电磁波的能力越强，故C、D错误．
4.A 解析：为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的．因为可见光的波长数量级是10－7 m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦．如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的速度，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了．因此本题应选A.
5.D 解析：在光的双缝干涉实验中，如果短时间曝光，发现光子在底片上呈现不规则分布的点，长时间曝光才形成明暗相间的条纹．这说明了光的波动性不同于机械波，也不同于经典意义下的电磁波，而是一种概率波，即表现为光子在空间各点出现的可能性的大小．所谓概率大，即出现光子的数目多，也就是干涉、衍射时呈现出明亮的条纹；所谓概率小，即光子出现的数目少，也就是干涉、衍射时呈现出比较暗的条纹．
6.B 解析：光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质的区别，A选项错．大量光子显示波动性，个别光子显示粒子性，B选项对．光是把粒子性和波动性有机结合在一起的矛盾统一体，C选项错．光的频率越高，粒子性越显著，D选项错．
7.D 解析：由能量的关系可知发射光能量小于或等于入射光能量，以及光子的能量与频率或波长的关系，可知选项D正确．
8.A 解析：由爱因斯坦光子说知，光子的能量，而，故，A项正确．
9.A 解析：因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率，式中，又，可解得.
10.A 解析：光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说的简单综合，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种波粒二象性，且大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性．故选A.
二、计算题
11.2.5×1018个
解析：依据量子理论，由于已知可见光的平均波长，我们可以首先求取每一个可见光光子的能量，而后计算出灯泡每秒释放的可见光总能量，两者之比即为每秒内放出可见光子的数目．
设灯泡在内所放出的能量为，则
内所放出能量在可见光范围内的光子总能量为
因，所以每秒放出的可见光子数为
．
12.
解析：由光子的能量公式得光子的频率为：，频率和波长的关系为，将代入，得.
13.(1)4.9×1044个 (2)1.8×1017 W
解析：(1)设地面上垂直阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为.则有
.
解得．
设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳．大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数．则所求可见光光子数：
．
(2)地球背着太阳的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面也不都与太阳光垂直．接收太阳光辐射且与太阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接收太阳光的总功率：.
5.2 经典时空观与相对论时空观
建议用时
实际用时
满分
实际得分
30分钟
70分
一、选择题（每小题5分，共15分）
1.下列说法正确的是（ ）
A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化
B.时间和空间不依赖人们的意识而存在
C.时间和空间是绝对的
D.时间和空间是紧密联系、不可分割的
2.如果你是一名宇航员，驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动（ ）
A.你的质量在减少 B.你的心脏跳动在慢下来
C.你永远不能由自身的变化知道你是否在运动 D.你在变大
3.如图1所示，一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进行测量，哪辆车的质量将增大（ ）
图1
A.摩托车 B.有轨电车
C.两者都增加 D.都不增加
二、填空题(本题共5小题，每小题6分，共30分．把答案填在题中横线上)
4.要描述一个物体的运动，必须选择_____________.
5.20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦建立了_____________，使人们对时空观的认识产生了根本性的变革.
6.绝对时空观的特点是：________________________、______________________，时间和空间都是绝对的
7.在经典力学中，_____________是力学规律的基础，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做_____________.
8.所谓的惯性系是指_____________；相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系_____________（选填“是”或“不是”）惯性系，在不同的惯性系中，力学规律都_____________（选填“相同”或“不同”）；也就是说，每个惯性系都是_____________的，这个观点叫做_____________.
三、简答题(本小题共5小题，每小题5分，共25分)
9.狭义相对论的基本公设是什么？
10.试述经典力学的时空观及所遇到的困难.
11.如图1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，问：
图1
（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？
（2）在沿方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？
12.为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度？
13.原长为的飞船以的速率相对地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？假设飞船的速率，从地面上测量，它的长度又是多少？
5.2 经典时空观与相对论时空观
得分：
选择题
题号
1
2
3
答案
二、填空题
4.
5.
6.
7.
9.
三、简答题
9.
10.
11.
12
13.
5.2 经典时空观与相对论时空观 参考答案
一、选择题
1.D
解析：根据狭义相对论的观点，时间和空间都不是绝对的，都是相对的.时间和空间不能割裂，是紧密联系的.所以选项A、B、C错误，选项D正确.
2.C
解析：宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A、B、D错误，选项C正确.
3.B
解析：在相对论爱好者中，普遍存在一种误解，即认为运动物体的质量总是随速度的增加而增大；当速度接近光速时，质量要趋于无穷大.正确的说法是：物体质量增大只是发生在给它不断输入能量的时候，而不一定是增加速度的时候.
对有轨电车，能量通过导线，从发电厂源源不断输入；而摩托车的能源却是它自己带的.能量不断从外界输入有轨电车，但没有能量从外界输给摩托车，所以有轨电车的质量将随速度的增加而增大，而摩托车的质量不会随速度的增加而增大.
有趣的是，如果没有能量散失，有轨电车所增加的质量恰好和发电厂损失的质量相等；而摩托车和驾驶员所增加的质量将被电池失去的质量所抵消，所以总质量不变.
二、填空题
4.参考系
5.狭义相对论
6.时间和空间是分离的 时间尺度和空间尺度与物质运动无关
7.牛顿运动定律 惯性系
8.牛顿运动定律都成立的参考系 是 相同 等效 伽利略相对性原理
三、简答题
9.两条基本公设是：
（1）爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的.
（2）光速不变原理：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于，跟光源的运动和观察者运动无关.
10.经典力学的时空观认为：时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的.按该观点和伽利略的相对性原理，就会得到在不同的惯性系中所测得的光速是不同的.而实验事实却是光速不变，这样实验事实便与理论产生了矛盾，使经典力学时空观遇到了困难.
解析：根据经典力学和伽利略的相对性原理，在不同的惯性系中所测得的光速是不同的，而实验事实却是光速不变，这样实验事实便与理论产生了矛盾，使经典力学时空观遇到了困难.
11.（1）先接收到 （2）同时接收到
解析：以地面为参考系，发出的闪光到距离不同，先传到，所以先接收到光信号；若以高速运动的火车为参考系，传到的距离相等，所以同时到达两点.
12.
解析：狭义相对论指出，同一物体在不同参考系中有不同的质量，质量的大小也是相对的.
根据物体质量与其速度的关系
有
解得电子运动的速度应为：
.
13.
解析：当飞船的速度为时，，当飞船的速率时，.
第5章 经典力学与物理学革命
建议用时
实际用时
满分
实际得分
60分钟
80分
一、选择题（本题包括9小题，每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确，每小题4分，共36分）
1.20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．则下列判断错误的是( )
A.随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论
B.人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的
C.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
2.19世纪，经典物理学建立了一座宏伟而且近乎完美的物理学大厦．经典物理学的辉煌成就，使得不少物理学家踌躇满志，同时产生了这样一种看法：物理学的大厦已告落成．然而，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云，正是这两朵小小的乌云，不久以后酿成了物理学中一场巨大变革．这两朵乌云指的是( )
A．光电效应实验和热辐射实验
B．热辐射实验和链式反应
C．热辐射实验和迈克尔孙—莫雷实验
D．链式反应和迈克尔孙—莫雷实验
3.关于黑体辐射的实验规律，下列说法正确的 有( )
A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C.黑体热辐射的强度与波长无关
D.黑体辐射无任何实验
4.下列关于光子的说法中，正确的是( )
A.在空间传播的光是连续的
B.光子的能量由光的强度决定，光越强，每份光子的能量一定越大
C.光子的能量由光的频率决定，其能量与它的频率成正比
D.光子可以被电场加速
5.根据教材黑体辐射的实验规律，以下判断不正确的是( )
A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间
C.温度越高，辐射强度的极大值就越大
D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短
6.一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，若摩托车被加速到接近光速，有轨电车被加速到，如果乘坐在有轨电车中的乘客对两车的质量进行测量，以下说法中正确的是( )
A．有轨电车的质量增加
B．摩托车的质量增加
C．两车的质量都增加
D．两车的质量都不增加
7.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与甲看到自己手中尺子长度一样大
D.乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中尺子长度大
8.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有个频率为的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为( )
A． B.
C． D．
9.一位宇航员要到离地球为5光年的星球上去旅行．如果宇航员希望能用3年的时间完成这段路程，则他所乘的火箭相对于地球的速度是(c为真空中的光速)( )
A.c B.c
C.c D. c
二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分．把答案填在题中横线上)
10.蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温为，它发出的最强的热辐射的波长为，根据热辐射理论，与辐射源的绝对温度的关系近似为.那么：
(1)老鼠发出最强的热辐射的波长约为________.
(2)老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子(光子)的能量是________.
11.“国际物理年”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1所示．由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.8c(c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的变化现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度________．
图1
三、计算题(本小题共4小题，共32分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
12.(8分)以8 km/s的速度运行的人造地球卫星上一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？
13.(8分)设想在一个无限大的光滑水平面上，有一个质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动，如图2所示．根据牛顿第二定律可知，物体将以加速度做匀加速直线运动．由运动学公式可知，物体的速度.
由此我们可作出推断：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意大的速度．
你觉得上述推理合理吗？
图2
14.(8分)一列匀速直线前进的火车，车厢地板上A 处有一盏灯，在灯的正上方车厢顶B处有一面镜子，AB的高为h.现在我们要完成一个光学实验：打开灯的开关，光信号从A到B，再由镜面反射回到A处．车厢里站着一个观测者小明；站台上站一个观测者小芳，如图3所示．
图3
请问小明和小芳所测得的光信号往返的时间各是多少？它们相等吗？
15.(8分)自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断地向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射．热辐射具有如下特点：(1)辐射的能量中包含各种波长的电磁波；(2)物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；(3)在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处在一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能百分之百地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即，其中常量．在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．
有关数据及数学公式：太阳半径；太阳表面温度；火星半径.已知球面积，其中为球半径，为热力学温度单位．
(1)太阳热辐射能量的绝大部分集中在波长为范围内，求相应的频率范围．
(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为(为火星半径)的圆盘上．已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．
第5章 经典力学与物理学革命
得分：
选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
答案
二、填空题
10.（1） （2） 11.
三、计算题
12.
13.
14.
15.
第5章 经典力学与物理学革命 参考答案
一、选择题
1.A 解析：人们对客观事物的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．
2.C
3.A 解析：黑体辐射的规律是随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确，B错；黑体辐射的强度与波长、温度都有关系，C错；我们可以通过实验得出黑体辐射强度与波长、温度之间关系的实验曲线，D错．
4.C 解析：光子的能量由光的频率决定，E=hν，光子不带电，不能被电场加速．
5.A 解析：一切物体都向外辐射电磁波，但辐射的电磁波不是一个定值而是一个范围．中间波长的比例大、强度大，在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故A错误，B正确；温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短，辐射电磁波的范围整体向波长短的方向变化，辐射强度的极大值也越大．故C、D正确．
6.B 解析：由于乘客在有轨电车上，所以感觉到有轨电车是静止的，摩托车以接近光速运动，在有轨电车上的乘客也会感觉到摩托车的速度接近光速，根据相对论质速关系式可知，乘客感觉到摩托车的质量在增加，有轨电车的质量不变，所以A、C、D均错，B正确．
7.B 解析：对甲观察者来说，他看到火车内的尺子是静止的，故长度为公式中的，他观察到乙手中的尺子是运动的，看到的长度相当于公式中的，由得：故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，A错误，B正确；对乙观察者来说，他看到自己手中的尺子是静止的，故长度为公式中的，他观察到火车内的尺子是运动的，看到的长度相当于公式中的，由得：，故乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中尺子长度小，C、D错误．
8.C 解析：由普朗克量子理论可知，频率为的单个光子能量，则个这样的光子的总能量，故选C.
9.C 解析：根据公式知解得，故C正确．
二、填空题
10.(1)9.4×10－6 (2)2.11×10－20
11. s 远小于光速
解析：由图象可知，时钟和观察者的相对速度达到0.8c(c为真空中的光速)时，频率为0.3 Hz，周期为 s.
在日常生活中，物体运动的速度远小于光速，时间延缓效应可忽略不计．
三、计算题
12.(1＋3.6×10－10) min
解析：卫星上观测到的时间为，卫星运动的速度为，所以地面上的人观测到的时间为：.
13.见解析
解析：爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动时所遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的观念和结论．
(1)在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论认为，物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即
式中是物体的静止质量，m是物体以速度运动时的质量，c是光在真空中的速度．上式是在光速不变原理基础上得出的．
由上式可知，随的增大而增大，如地球以的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用．但如果物体接近光速，如速度时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍．
(2)运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了，而且沿运动方向的长度和时间都要变化，都具有相对性．
因此，当力F拉着物体运动的速度大到一定程度时，物体质量的增大和长度、时间的相对论效应将显著，这时，牛顿定律不再适用．
14.见解析
解析：如题图甲所示，在车厢里的小明观测到，光信号走过的距离是，因此往返时间.
而在站台上的小芳观测到，光信号走过的距离应为路径ACA′，如题图乙所示，光信号在从灯传递到镜子的过程中，火车向前移动了一段距离，镜子已跟随车厢移动到C，灯也从A移动到D.光信号再从镜子反射到灯的过程中，灯已从D移动到A′.设火车的速度为，小芳所测得的光信号往返时间为.
根据光速不变原理，，应用勾股定理可得.
这里用到了相对论的第二个假设，即对地面参考系来说，光速也是.
以上两式消去h可得.
因为，所以总有.
这是一个令人吃惊的结论：光信号往返的时间，地面上的人(小芳)和车厢里的人(小明)测量的结果不一样，地面上的人测得的时间()要比车厢里的人测得的时间()长些．
15.(1) (2) (3)
解析：(1)由得频率的范围为3×1013 Hz～1.5×1015 Hz.
(2)
(3)设火星表面温度为，太阳到火星的距离为，火星单位时间内吸收的太阳的辐射能量为，
所以
火星单位时间内向外辐射电磁波的能量为，火星位于平衡状态，即得.
