5.1牛顿力学的成就与局限同步练习（含解析）2023——2024学年高物理粤教版（2019）必修第二册

5.1 牛顿力学的成就与局限 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列说法正确的是（　　）
A．开普勒在第谷观测的天文数据基础上得到了开普勒行星运动定律
B．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到牛顿力学理论也适用于微观粒子的运动
C．开普勒第一定律认为，所有行星围绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳位于椭圆轨道中心
D．牛顿发现了万有引力定律，随后卡文迪许进行了“月-地检验”将万有引力定律推广至自然界所有物体之间
2．下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是（ ）
A．电子以接近光的速度运动 B．射击场上，从枪膛射出的子弹
C．在校园内散步的人 D．体育课上，被小明同学抛出的篮球
3．牛顿定律的适用范围是（　　）
A．微观物体、低速运动 B．宏观物体、低速运动
C．宏观物体、高速运动 D．微观物体、高速运动
4．下列关于物理学发展过程的说法中，正确的是（　　）
A．伽利略有关自由落体运动规律的结论是完全通过实验得到的
B．牛顿最早通过理想斜面实验提出力不是维持物体运动的原因
C．“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从相同的规律
D．牛顿力学适用于宏观低速物体，无法研究人造地球卫星的运动
5．下列物理情景中， 经典的牛顿力学不再适用的是（ ）
A．电子以接近光的速度运动
B．射击场上，从枪膛射出的子弹
C．在武汉大学校园观赏樱花的游客
D．体育课上， 被小明同学抛出的篮球
6．以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是（　　）
A．低速、宏观的运动问题
B．高速、微观的运动问题
C．低速、微观的运动问题
D．高速、宏观的运动问题
7．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（　　）
A．飞船上的人观测到地球上的钟较慢
B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C．观测到两只钟并没有区别
D．地球上的人观测到地球上的钟较慢
8．如图所示，两艘飞船A，B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为（接近光速）。地面上测得它们相距为，根据相对论时空观，则A测得两飞船间的距离（　　）

A．大于 B．等于 C．小于 D．与无关
二、多选题
9．关于牛顿经典力学和爱因斯坦的相对论，下列说法中正确的是（　　）
A．牛顿经典力学理论普遍适用于大到天体运动，小到微观粒子
B．爱因斯坦的相对论的建立彻底否定了牛顿经典力学理论
C．时间的延缓效应和空间的尺缩效应都是基于爱因斯坦“光速不变的假设”推理得出的
D．绝对时空观也即牛顿力学时空观，通俗地讲就是时间、长度和质量这三者都与参考系的选取无关
10．对于下列运动，经典力学适用的是（　　）
A．粒子以接近光速的速度运动 B．汽车在高速公路上快速行驶
C．“嫦娥五号”探测器绕月球飞行 D．战斗机从“辽宁号”航母上起飞
11．20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。这说明（　　）
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．经典力学与相对论是相互矛盾的一对理论
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
12．关于牛顿力学理论，下列说法正确的是（　　）
A．牛顿力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础
B．牛顿力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的
C．牛顿力学具有丰富的理论成果，也建立了验证科学的方法体系
D．当物体运动速度很大（v→c）时，牛顿力学理论所得的结果与实验结果相符合
三、解答题
13．现代大型高能粒子加速器可以把粒子的速度加速到与光速极为接近的程度。质子质量，如果把一个质子加速到具有能量，并假定这个能量就是质子具有的动能，按照牛顿力学，质子的速度为多大？
14．半人马星座内的星是离太阳系最近的恒星，它与地球间的距离约为。假设有一宇宙飞船往返于地球和半人马星座内的星之间，若宇宙飞船的速率为，则：
(1)按地球上的时钟计算，飞船往返一次需要多少时间？
(2)按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间又为多少？（计算结果均保留三位有效数字）
伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。伽利略提出加速度的概念，在力学史上是一个里程碑。牛顿力学体系的创立，是科学史上的一座不朽丰碑，牛顿创立了数学和物理学研究相统一的新方法，这种研究方法很好地体现了分析与综合，归纳与演绎的统一、牛顿的科学方法也是文艺复兴以来经验论和唯理论两大科学方法论潮流的历史性综合爱因斯坦的相对论改变了传统的空间、时间观念，开创了现代科学技术新纪元，被公认为是继伽利略和牛顿之后最伟大的物理学家。
15．关于伽利略对落体运动的研究，下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略认为，在同一地点重的物体和轻的物体下落快慢不同
B．伽利略最先验证了轻重不同的物体在真空中下落快慢相同
C．伽利略利用归谬法否定了亚里士多德对自由落体运动的错误认识
D．伽利略猜想自由落体的位移与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证
16．伽利略在意大利做了“比萨斜塔铁球实验”发现了自由落体定律，推翻了亚里士多德落体的观点。现有一个物体从离地45m高的比萨斜塔塔顶处自由下落，不计空气阻力，该物体经 s落到地面，在落地前最后1s内通过的高度是 m。
17．如图所示，一匹马拉着车前行。关于马拉车的力和车拉马的力的大小关系，根据牛顿运动定律，下列说法中正确的是（　　）

A．马拉车的力总是大于车拉马的力
B．马拉车的力总是等于车拉马的力
C．加速运动时，马拉车的力大于车拉马的力
D．减速运动时，马拉车的力小于车拉马的力
18．国际单位制是国际通用的测量语言，是人类描述和定义世间万物的标尺。在国际单位制中，属于基本单位的是（　　）
A．千克 B．特斯拉 C．牛顿 D．库仑
19．在第4题的错误选项中，任选一个单位，将其用基本单位表示：我选( )选项。
20．一质量为60kg的人乘坐电梯下楼，当电梯以的加速度向下加速运动时，人处于( )状态（单选A．超重 B．失重），人对电梯的压力大小为 N（保留2位有效数字）。
21．下列运动中，不能用牛顿力学定律描述的是（　　）
A．子弹的飞行 B．粒子接近光速运动
C．“复兴号”动车从广州向北京行驶 D．“神舟十四号”飞船绕地球运动
22．我们想象这样一个场景：一列火车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，火车里的观察者看到沿铁路的电线杆之间的距离( )，而地面上的观察者看到火车车窗的高度( )（均单选A．变大 B．变小 C．不变）
四、填空题
23．质量m=1.67×10-27kg的质子在高能粒子加速器中被加速为动能Ek=1.6×10-10J。某同学根据算出质子的速度v=4.38×108m/s（计算无误）。此速度值不合理之处是 ，说明 ；
24．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Ek＝计算出该质子速度大小v=4.38×108m/s（计算无误），此速度值的不合理之处是 ，这说明牛顿力学是有局限性的，其适用范围是 。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．A
【详解】A．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究而来的，故A正确；
B．20世纪20年代建立了量子力学理论，它使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动，故B错误；
C．开普勒第一定律认为，所有行星围绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳位于椭圆轨道的一个焦点上，故C错误；
D．牛顿发现万有引力定律，并将万有引力定律推广至自然界所有物体之间，故D错误；
故选A。
2．A
【详解】牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，对微观高速运动的粒子不再适用，因此当电子以接近光的速度运动时，牛顿力学不再适用；而出膛的子弹，抛出的篮球以及散步的人都属于宏观低速运动的物体，牛顿力学完全适用。
故选A。
3．B
【详解】牛顿定律的适用范围是宏观物体、低速运动。
故选B。
4．C
【详解】A．伽利略有关自由落体运动规律的结论是通过实验和逻辑推理相结合得到的，故A错误；
B．伽利略最早通过理想斜面实验提出力不是维持物体运动的原因，故B错误；
C．“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从相同的规律，故C正确；
D．牛顿力学适用于宏观低速物体，人造卫星的运动速度远低于光速，适合用牛顿力学来描述，故D错误。
故选C。
5．A
【详解】经典的牛顿力学适用于宏观、低速（远小于光速）运动的物体，可知经典的牛顿力学不再适用的是：电子以接近光的速度运动。经典的牛顿力学适用的是：射击场上，从枪膛射出的子弹；在武汉大学校园观赏樱花的游客；体育课上， 被小明同学抛出的篮球。
故选A。
6．A
【详解】经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学只适用于宏观世界，低速运动，和弱引力下。
故选A。
7．A
【详解】ABC．飞船上的人是以飞船为参考系，故地球是高速运动的，根据爱因斯坦狭义相对论的延时效应，飞船上的人观测到地球上的钟较慢，即飞船上的人观测到飞船上的钟较快，故A正确，BC错误；
D．地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，根据爱因斯坦狭义相对论的延时效应，飞船上的钟较慢，故地球上的人观测到地球上的钟较快，故D错误。
故选A。
8．A
【详解】根据
为在相对静止参考系中的长度，为在相对运动参考系中的长度，地面上测得它们相距为，是以高速飞船为参考系，而A测得的长度为以静止参考系的长度，大于。
故选A。
9．CD
【详解】
A．牛顿力学只适用于宏观物体、低速运动问题，微观粒子不适用，A错误；
B．基于实验检验的牛顿力学不会被相对论的建立所否定，而是作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，B错误；
C．爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。在爱因斯坦“光速不变的假设”的基础上，经过严格的数学推导，可以得出时间的延缓效应和空间的尺缩效应，C正确；
D．绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，D正确。
故选CD。
10．BCD
【详解】经典力学适用于宏观低速，不适用于微观高速；
A．粒子以接近光速的速度运动，是高速运动，经典力学不适用，故A错误；
B．汽车在高速公路上快速行驶，是宏观低速运动，经典力学适用，故B正确；
C．嫦娥五号探测器绕月球飞行，是宏观低速运动，经典力学适用，故C正确；
D．战斗机从辽宁号航母上起飞，是宏观低速运动，经典力学适用，故D正确。
故选BCD。
11．BD
【详解】
人们对客观世界的认识，要受到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。
故选BD。
12．ABC
【详解】A．牛顿力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础，A正确；
B．牛顿力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的，B正确；
C．牛顿力学具有丰富的理论成果，也建立了验证科学的方法体系，C正确；
D．当物体运动速度很大（v→c）时，牛顿力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差，D错误。
故选ABC。
13．
【详解】由
得
14．(1)；(2)
【详解】(1)由于题中星与地球的距离s和宇宙飞船的速率v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔
(2)把飞船离开地球和回到地球视为两个事件，飞船上的时钟测出两事件的时间间隔与地球上所测的时间间隔之间满足时间延缓效应的关系式。按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔
15．C 16． 3 25 17．B 18．A 19．见解析 20． B 21．B 22． B C
【解析】15．A．伽利略认为，在同一地点重的物体和轻的物体下落快慢相同，A错误；
B．伽利略最先根据斜面实验推理了轻重不同的物体在真空中下落快慢相同，但伽利略的时代不能完成该实验，B错误；
C．伽利略利用归谬法否定了亚里士多德对自由落体运动的错误认识，C正确；
D．伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并未直接进行验证，而是在斜面实验的基础上的理想化推理，D错误。
故选C。
16．[1]据位移公式可得
解得
[2]前2s下落的高度为
故落地前最后1s内通过的高度为
17．由牛顿第三定律可知，马拉车的力与车拉马的力总是大小相等，方向相反，与马车是加速还是减速无关。
故选B。
18．在国际单位制中，属于基本单位的是千克、米、秒、安培、摩尔、开尔文、坎德拉，其他的都是导出单位。
故选A。
19．在第4题的错误选项中，任选一个单位，将其用基本单位表示；我选C选项的牛顿，由可知，其用基本单位可表示为
20．一质量为60kg的人乘坐电梯下楼，当电梯以的加速度向下加速运动时，合力向下，重力大于支持力，人处于失重状态。
故选B。
由牛顿第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律可知，人对电梯的压力大小为。
21．牛顿力学定律可用来描述宏观物体低速运动的过程，如子弹的飞行，“复兴号”动车从广州向北京行驶，“神舟十四号”飞船绕地球运动，不能描述粒子接近光速运动。
故选B。
22．由相对论的尺缩效应可知，沿运动方向的距离变小，若一列火车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，火车里的观察者看到沿铁路的电线杆之间的距离变小。
故选B。
垂直运动方向的距离不变，故地面上的观察者看到火车车窗的高度不变。
故选C。
23． 速度超过光速 牛顿力学只适用宏观物体的低速运动，微观、高速粒子运动时不成立
【详解】[1]此速度超过真空中的光速，不合理。
[2]这说明牛顿力学是有局限性的，其适用范围是：宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的粒子不成立。
24． 超过真空中的光速 宏观、低速
【详解】[1]此速度超过真空中的光速，不合理。
[2]这说明牛顿力学是有局限性的，其适用范围是：宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的粒子不成立。
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