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2022-2023学年第二学期高一物理人教版（2019）7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 过关检测
一、单选题
1．（2022高一下·韶关期末）经典力学有一定的适用范围和局限性，不适合用经典力学描述的是（ ）
A．飞行的子弹 B．绕地球运行的飞船
C．运行的列车 D．接近光速运动的粒子
【答案】D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】子弹的飞行、飞船绕地球的运行及列车的运行都属低速，经典力学能适用．而粒子接近光速运动，则经典力学就不在适用，D符合题意，ABC不符合题意．
故答案为：D
【分析】经典力学只能描述宏观的低速运动，接近光速运动的粒子不再适用。
2．（2022高一下·河南期中）爱因斯坦为近代物理开辟了新纪元，如图为写有著名质能方程的爱因斯坦亲笔信。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（ ）
A．相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的
B．经典时空观认为时间、长度和质量都与参照系的运动有关
C．经典力学就是牛顿运动定律，适用于宏观、低速、弱引力的情况
D．相对论表明真空中的光速在不同的惯性参考系中是不相同的
【答案】A
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】A．相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的，A符合题意；
B．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，时间，长度和质量都与参照系的运动无关， B不符合题意；
C．经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，C不符合题意；
D．相对论告诉我们，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】相对论的观点时不同参考系中物理规律和形式是一样的；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；经典力学并不等于牛顿运动定律。
3．（2022高一下·徐州期中）如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为10m。 在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（ ）
A．测得照到前壁的光速度小于c
B．观测到飞船上的时间进程比教室快
C．测得教室的长度大于10m
D．观察到光先到达后壁
【答案】B
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】AD．根据光速不变原理，测得照到前壁的光速等于c，观察到光同时到达前壁和后壁，A不符合题意；
C．根据相对论原理，测得教室的长度小于10m，C不符合题意；
B．根据相对论原理，观测到飞船上的时间进程比教室快，B符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据光速不变原理得出照到前壁的光速；根据相对论原理得出教师的长度 ，并得出飞船上的时间和教室中时间的快慢。
4．（2021高一下·金湖期中）如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为（ ）
A．c＋v，c-v B．c，c C．c-v，c＋v D．无法确定
【答案】B
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c。
故答案为：B。
【分析】利用光速不变理论可以判别观察者测出的光速都是不变的。
5．（2021高一下·常熟期中）如下图所示，惯性系S中有一边长为l的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向正方形边长不变。
故答案为：D。
【分析】利用相对论效应可以判别其x轴方向正方形的边长缩短其y方向正方形的边长保持不变。
6．（2020高一下·荆门期末）经典力学的基础是牛顿运动定律，但它也有自己的局限性，以下说法正确的是（ ）
A．经典力学适用于研究接近光速运行的物体的规律
B．经典力学一般不适用于微观粒子
C．经典力学和相对论是完全对立的
D．研究在高速公路上行驶的汽车的运动规律不适用牛顿运动定律
【答案】B
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】A．经典力学适用于研究宏观低速物体的运动，而不适用研究接近光速运行的物体的规律，A不符合题意；
B．经典力学适用于研究宏观低速物体的运动，一般不适用于微观粒子，B符合题意；
C．相对论是在经典力学的基础的基础上发展起来的，不是对经典力学的全面否定，排除，C不符合题意；
D．研究在高速公路上行驶的汽车的运动规律适用牛顿运动定律，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】经典力学不适用于高速运动的物体规律；相对论是在经典力学的基础上发展起来的；研究高速公路上运动的汽车可以使用牛顿运动定律。
二、多选题
7．（2022高一下·泗阳期中）1905年到1915年间，爱因斯坦先后发表的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由牛顿创立的有200年历史的力学理论。狭义相对论适用于基本粒子及其相互作用，描述了除引力以外的所有物理现象。广义相对论解释了引力定律及其与其他自然力的关系，适用于宇宙学和天体物理学领域，包括天文学。下列有关相对论的内容，说法不正确的是（ ）
A．狭义相对论的两条基本假设是相对性原理与光速不变原理
B．飞船以的速度航行，若飞船向正前方的某一星球发射激光，则该星球上的观察者测量到的激光速度为
C．牛顿力学是相对论在宏观、低速（与光速相比）情况下的特例
D．已知子低速运动时的平均寿命时。当它以的速度飞行，若以子为参考系，此时子的平均寿命变长
【答案】B,D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】A．狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理，A符合题意；
B．根据狭义相对论的假设，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在任何地方的光速都是c，B不符合题意；
C．牛顿力学是相对论在宏观、低速（与光速相比）情况下的特例，C符合题意；
D．当子以的速度飞行，若以子为参考系，此时子的平均寿命不变，但对于地面上的观察者来说，平均寿命变长，D不符合题意；
故答案为：BD。
【分析】狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理力学是相对论在宏观、低速情况下的特例。
8．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总不会改变
B．在地面上的人看来，以108 m/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的
C．在地面上的人看来，以108 m/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，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
D．当物体运动的速度u c时，“时间延缓”和“长度收缩”效果可忽略不计
【答案】C,D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】由τ＝ 可知地面上的人看到飞船中的时钟变慢了，A、B不符合题意；由l＝l0 知，两处的人都感觉对方在运动方向上变短了，C符合题意．当u c时， ≈0.故τ≈τ0，l≈l0.即“时间延缓”和“长度缩短”效果可以忽略不计，D选项正确．
故答案为：CD
【分析】相对论的观点是时间和空间都是相对的，在不同参考系其时间和物体的长度会发生改变；在高速运动的飞船上时钟会变慢，但宇航员看到时钟相对而言是不会变化的。
9．对于公式m＝ ，下列说法中正确的是（ ）
A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化
【答案】C,D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】公式中的m0是物体的静止质量，在v远小于光速时，经典力学依然成立，故A、B错，C、D对.
故答案为：CD。
【分析】A：式中m0是物体静止时的质量，故A错；
BC：当V>0时，m>m0，有两种情况，一是当速度还较小时，此时质量变化还十分微弱，这时经典力学成立；二是当V接近光速时，质量变化就很明显，这时经典力学不适用；
10．下列说法中正确的是（ ）
A．根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的 时，引力将变为原来的4倍
B．按照广义相对论可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的 时，引力将大于原来的4倍
C．在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大
D．在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大
【答案】A,B
【知识点】万有引力定律及其应用；相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大；但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大.
故答案为：AB。
【分析】由万有引力定律公式F=G可得，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍，其适用条件是可将这两个星球看成质点。
三、解答题
11．（2018高一下·麒麟期中）一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s.问电子的质量是增大了还是减小了？改变了百分之几？
【答案】解：根据爱因斯坦的狭义相对论得，运动后的质量增大了，且 ，所以改变的百分比为 ×100%＝0.02%。
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【分析】根据相对论可知，物体的运动速度越大，质量越大，根据公式求解即可。
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？
【答案】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
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【分析】已知火箭运动的速度，结合相对论的长度表达式可以求出以不同速度运行时火箭的长度大小。
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2022-2023学年第二学期高一物理人教版（2019）7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 过关检测
一、单选题
1．（2022高一下·韶关期末）经典力学有一定的适用范围和局限性，不适合用经典力学描述的是（ ）
A．飞行的子弹 B．绕地球运行的飞船
C．运行的列车 D．接近光速运动的粒子
2．（2022高一下·河南期中）爱因斯坦为近代物理开辟了新纪元，如图为写有著名质能方程的爱因斯坦亲笔信。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（ ）
A．相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的
B．经典时空观认为时间、长度和质量都与参照系的运动有关
C．经典力学就是牛顿运动定律，适用于宏观、低速、弱引力的情况
D．相对论表明真空中的光速在不同的惯性参考系中是不相同的
3．（2022高一下·徐州期中）如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为10m。 在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（ ）
A．测得照到前壁的光速度小于c
B．观测到飞船上的时间进程比教室快
C．测得教室的长度大于10m
D．观察到光先到达后壁
4．（2021高一下·金湖期中）如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为（ ）
A．c＋v，c-v B．c，c C．c-v，c＋v D．无法确定
5．（2021高一下·常熟期中）如下图所示，惯性系S中有一边长为l的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（ ）
A． B．
C． D．
6．（2020高一下·荆门期末）经典力学的基础是牛顿运动定律，但它也有自己的局限性，以下说法正确的是（ ）
A．经典力学适用于研究接近光速运行的物体的规律
B．经典力学一般不适用于微观粒子
C．经典力学和相对论是完全对立的
D．研究在高速公路上行驶的汽车的运动规律不适用牛顿运动定律
二、多选题
7．（2022高一下·泗阳期中）1905年到1915年间，爱因斯坦先后发表的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由牛顿创立的有200年历史的力学理论。狭义相对论适用于基本粒子及其相互作用，描述了除引力以外的所有物理现象。广义相对论解释了引力定律及其与其他自然力的关系，适用于宇宙学和天体物理学领域，包括天文学。下列有关相对论的内容，说法不正确的是（ ）
A．狭义相对论的两条基本假设是相对性原理与光速不变原理
B．飞船以的速度航行，若飞船向正前方的某一星球发射激光，则该星球上的观察者测量到的激光速度为
C．牛顿力学是相对论在宏观、低速（与光速相比）情况下的特例
D．已知子低速运动时的平均寿命时。当它以的速度飞行，若以子为参考系，此时子的平均寿命变长
8．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总不会改变
B．在地面上的人看来，以108 m/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的
C．在地面上的人看来，以108 m/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，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
D．当物体运动的速度u c时，“时间延缓”和“长度收缩”效果可忽略不计
9．对于公式m＝ ，下列说法中正确的是（ ）
A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化
10．下列说法中正确的是（ ）
A．根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的 时，引力将变为原来的4倍
B．按照广义相对论可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的 时，引力将大于原来的4倍
C．在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大
D．在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大
三、解答题
11．（2018高一下·麒麟期中）一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s.问电子的质量是增大了还是减小了？改变了百分之几？
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？
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】子弹的飞行、飞船绕地球的运行及列车的运行都属低速，经典力学能适用．而粒子接近光速运动，则经典力学就不在适用，D符合题意，ABC不符合题意．
故答案为：D
【分析】经典力学只能描述宏观的低速运动，接近光速运动的粒子不再适用。
2．【答案】A
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】A．相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的，A符合题意；
B．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，时间，长度和质量都与参照系的运动无关， B不符合题意；
C．经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，C不符合题意；
D．相对论告诉我们，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】相对论的观点时不同参考系中物理规律和形式是一样的；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；经典力学并不等于牛顿运动定律。
3．【答案】B
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】AD．根据光速不变原理，测得照到前壁的光速等于c，观察到光同时到达前壁和后壁，A不符合题意；
C．根据相对论原理，测得教室的长度小于10m，C不符合题意；
B．根据相对论原理，观测到飞船上的时间进程比教室快，B符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据光速不变原理得出照到前壁的光速；根据相对论原理得出教师的长度 ，并得出飞船上的时间和教室中时间的快慢。
4．【答案】B
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c。
故答案为：B。
【分析】利用光速不变理论可以判别观察者测出的光速都是不变的。
5．【答案】D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向正方形边长不变。
故答案为：D。
【分析】利用相对论效应可以判别其x轴方向正方形的边长缩短其y方向正方形的边长保持不变。
6．【答案】B
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】A．经典力学适用于研究宏观低速物体的运动，而不适用研究接近光速运行的物体的规律，A不符合题意；
B．经典力学适用于研究宏观低速物体的运动，一般不适用于微观粒子，B符合题意；
C．相对论是在经典力学的基础的基础上发展起来的，不是对经典力学的全面否定，排除，C不符合题意；
D．研究在高速公路上行驶的汽车的运动规律适用牛顿运动定律，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】经典力学不适用于高速运动的物体规律；相对论是在经典力学的基础上发展起来的；研究高速公路上运动的汽车可以使用牛顿运动定律。
7．【答案】B,D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】A．狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理，A符合题意；
B．根据狭义相对论的假设，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在任何地方的光速都是c，B不符合题意；
C．牛顿力学是相对论在宏观、低速（与光速相比）情况下的特例，C符合题意；
D．当子以的速度飞行，若以子为参考系，此时子的平均寿命不变，但对于地面上的观察者来说，平均寿命变长，D不符合题意；
故答案为：BD。
【分析】狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理力学是相对论在宏观、低速情况下的特例。
8．【答案】C,D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】由τ＝ 可知地面上的人看到飞船中的时钟变慢了，A、B不符合题意；由l＝l0 知，两处的人都感觉对方在运动方向上变短了，C符合题意．当u c时， ≈0.故τ≈τ0，l≈l0.即“时间延缓”和“长度缩短”效果可以忽略不计，D选项正确．
故答案为：CD
【分析】相对论的观点是时间和空间都是相对的，在不同参考系其时间和物体的长度会发生改变；在高速运动的飞船上时钟会变慢，但宇航员看到时钟相对而言是不会变化的。
9．【答案】C,D
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】公式中的m0是物体的静止质量，在v远小于光速时，经典力学依然成立，故A、B错，C、D对.
故答案为：CD。
【分析】A：式中m0是物体静止时的质量，故A错；
BC：当V>0时，m>m0，有两种情况，一是当速度还较小时，此时质量变化还十分微弱，这时经典力学成立；二是当V接近光速时，质量变化就很明显，这时经典力学不适用；
10．【答案】A,B
【知识点】万有引力定律及其应用；相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大；但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大.
故答案为：AB。
【分析】由万有引力定律公式F=G可得，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍，其适用条件是可将这两个星球看成质点。
11．【答案】解：根据爱因斯坦的狭义相对论得，运动后的质量增大了，且 ，所以改变的百分比为 ×100%＝0.02%。
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【分析】根据相对论可知，物体的运动速度越大，质量越大，根据公式求解即可。
12．【答案】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
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【分析】已知火箭运动的速度，结合相对论的长度表达式可以求出以不同速度运行时火箭的长度大小。
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