5.1经典力学的成就与局限性同步练习（含解析）2023——2024学年高中物理教科版（2019）必修第二册

5.1 经典力学的成就与局限性 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列关于物理学家及其贡献说法中错误的是（　　）
A．开普勒通过深入研究第谷的数据提出行星运动三大定律
B．卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常量，说自己是“称量地球质量”第一人
C．牛顿提出了万有引力定律，并发现了海王星
D．以牛顿运动定律和万有引力定律为基础的经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域。
2．下列运动中不能用经典力学规律描述的是（　　）
A．和谐号从深圳向广州飞驰 B．人造卫星绕地球运动 C．粒子接近光速的运动
3．下列说法不符合物理学史的是（　　）
A．英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值
B．牛顿对引力常量G进行准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中
C．20世纪初建立的量子力学理论，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
D．开普勒行星运动定律是开普勒在其导师第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的
4．经典力学不能适用下列哪些运动（　　）
A．火箭的发射
B．宇宙飞船绕地球的运动
C．“勇气号”宇宙探测器在太空的运动
D．微观粒子的波动性
5．以下说法中正确的是（　　）
A．质量是物体固有的属性，其大小与物体运动的速度无关
B．只有当物体运动的速度远小于光速时，可以认为质量不变
C．经典力学不适用于微观粒子，所以经典力学是错误的
D．牛顿运动定律不能适用于处在高速公路上高速运动的汽车的运动情况
6．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
7．美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在，引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性，关于经典力学，下列说法正确的是（　　）
A．经典力学完全适用于宏观低速运动
B．经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D．由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
8．牛顿力学不适用于下列哪些运动（　　）
A．火箭的发射 B．宇宙飞船绕地球的运动
C．微观粒子的波动性 D．“勇气号”宇宙探测器的运行
二、多选题
9．以下说法正确的是(　　)
A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．牛顿力学理论具有一定的局限性
C．在牛顿力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变
D．相对论和量子力学否定了牛顿力学理论
10．下列说法中正确的是（　　）
A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式
B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式
C．研究电子运动要用狭义相对性原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律
D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律
11．根据经典时空观的观点，下列说法中正确的是（　　）
A．时间和空间是相互联系和影响的
B．某事件的发生对任何参考系都是同时的
C．在任何参考系中测量的时间间隔和空间距离都是相同的
D．物体的质量对不同的参考系是不同的
12．下列关于经典力学的时空观说法正确的是（　　）
A．经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的
B．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体的运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关
C．在经典力学的时空观中，空间间隔是相对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离与参考系选取有关
D．经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动无关
三、填空题
13．回旋加速器是科学家们进行粒子物理研究的重要仪器，将质量的质子在高能粒子加速器中被加速到动能，某同学根据算出质子的速度大小v＝ m/s。此速度值是否合理？ （选填“合理”、“不合理”）
14．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 ；
四、解答题
15．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）
16．一列火车以速度v相对地面运动，如图所示．如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，那么按照火车上的人的测量，闪光是先到达前壁还是后壁．
17．两个惯性系S和，沿x（）轴方向作匀速相对运动．设在系中某点先后发生两个事件，用静止于该系的钟测出两事件的时间间隔为， 而用固定在S系的钟测出这两个事件的时间间隔为τ．又在系x′轴上放置一静止于该系长度为的细杆，从S系测得此杆的长度为，则τ与，与关系
18．黑洞是爱因斯坦的广义相对论中预言的一种特殊天体，它的密度极大，对周围的物质有极强的吸引力，根据爱因斯坦理论，光子是有质量的，光子到达黑洞表面时也将被吸入，最多恰能绕黑洞表面做匀速圆周运动，根据天文观测，银河系中心可能有一个黑洞，距该黑洞远的星体正以的速度绕它旋转，距此估算可能黑洞的最大半径为多大？（保留一位有效数字）
19．对于质量为1.4倍太阳质量、半径与地球相同的白矮星，计算它的，你认为牛顿力学可以正确描写白矮星的运动吗？简述理由。（太阳质量，引力常量，地球半径，光速）
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】A．开普勒通过深入研究第谷的数据提出行星运动三大定律，A正确；
B．卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常量，说自己是“称量地球质量”第一人，B正确；
C．牛顿提出了万有引力定律，德国的伽勒最早发现了海王星，C错误；
D．以牛顿运动定律和万有引力定律为基础的经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，D正确。
选择错误的，故选C。
2．C
【详解】和谐号从深圳向广州飞驰及人造卫星绕地球的运动，都属于宏观低速，经典力学能适用。而粒子接近光速的运动，不能适用于经曲力学。故AB不符合题意。
故选C。
3．B
【详解】AB．牛顿发现万有引力定律，于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中，英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值，故A符合物理学史，B不符合物理学史，A错误，B正确；
C．20世纪的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C符合物理学史，C错误；
D．开普勒行星运动定律是开普勒在其导师第谷留下的观测记录的基础上整理和研究而来的，故D符合物理学史，D错误。
故选B。
4．D
【详解】经典力学适用于宏观低速运动的物体，对微观高速粒子不适用。
故选D。
5．B
【详解】A．经典力学中，质量是物体固有的属性，其大小与物体运动的速度无关，但根据狭义相对论，当物体运动的速度接近光速时，物体的质量会明显增大，故A错误；
B．狭义相对论告诉我们只有当物体运动的速度远小于光速时，才可以认为质量不变，故B正确；
C．经典力学不适用于微观粒子，但适合于宏观低速的物体，经典力学与相对论是统一的，并不矛盾，故C错误；
D．处在高速公路上高速运动的汽车是低速宏观的运动，牛顿运动定律仍然适合，故D错误。
故选B。
6．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。
7．A
【详解】A．经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；
B．经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；
CD．在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，不会过时也不会失去价值，故CD错误。
故选A。
8．C
【详解】牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动，而研究微观粒子的波动性时牛顿力学不再适用，故ABD正确，与题意不符；C错误，与题意相符。
本题选不正确的故选C。
9．BC
【详解】AB．牛顿力学理论具有一定的局限性，它只适用于低速、宏观物体的运动，故A错误，B正确；
C．在牛顿力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变，即物体的质量和物体运动的速度无关，故C正确；
D．相对论和量子力学并没有否定过去的科学，而是认为牛顿力学理论是在一定条件下的特殊情形，故D错误。
故选BC。
10．AC
【详解】A．铅球的运动属于宏观低速范畴，因此研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式，故A正确；
B．电子的运动属于微观范畴，因此研究电子的运动不能够用牛顿定律和运动学公式，故B错误；
CD．根据上述可知，研究电子运动要用狭义相对性原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律，故C正确，D错误。
故选AC。
11．BC
【详解】A．经典时空观认为时间和空间互不关联，选项A错误；
B．经典时空观认为某事件的发生对任何参考系都是同时的，选项B正确；
C．经典时空观认为在任何参考系中测量的时间间隔和空间距离都是相同的，选项C正确；
D．经典时空观认为物体的质量是永恒不变的，与参考系选择无关，选项D错误。
故选BC。
12．ABD
【详解】经典力学的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关，同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，对不同参考系中的观察者来说也是同时发生的，ABD正确。
故选ABD。
13． 不合理
【详解】[1]由动能的表达式
解得
[2]由于粒子的速度大于光速，牛顿的运动定律只适用于宏观低速的物体，故不合理。
14． 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。
15．(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
16．前
【详解】地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源的到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁．
【点睛】地面上的人、车厢中的人选择的惯性系不一样，但是本题的惯性系中光向前传播和向后传播的速度相同，从而发现传播到前后壁的快慢不一样．
17．
【详解】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、运动的尺缩短、运动物体的质量变大．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”．
【点睛】根据狭义相对论的理论的基本假设，1相对性原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同，2 光速不变原理；有相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都是相对的．
18．
【详解】对围绕黑洞做圆周运动的星体应用牛顿第二定律得
即
由黑洞特点可知，光子到达黑洞表面最多恰能绕黑洞表面做匀速圆周运动，对光子应用牛顿第二定律，得
即
所以
【点睛】根据距该黑洞6.0×1012m远的星体正以2.0×106m/s的速度绕它旋转，写出万有引力提供向心力的公式，求得黑洞的质量；光子到达黑洞表面最多恰能绕黑洞表面做匀速圆周运动，写出万有引力提供向心力的公式，求得黑洞的最大半径．
19．；可以
【详解】
牛顿定律适应于宏观低速物体的运动，则牛顿力学可以正确描写白矮星的运动。
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