7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步巩固练 2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第二册
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| 名称 | 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步巩固练 2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 214.9KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-02-27 13:56:43 | ||
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文档简介
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7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步巩固练 2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第二册
一、单选题
1．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
2．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
3．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）
A．这个人身体变高
B．这个人身体变矮
C．这个人身体变胖
D．这个人身体变瘦
4．接近光速飞离地球的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，则地球上的人观测到地球上的钟（ ）
A．越走越快
B．比地球上的人观测飞船上的钟快
C．比地球上的人观测飞船上的钟慢
D．与地球上的人观测飞船上的钟一样快
5．子低速运动时的平均寿命是3.0μs。当子以0.99的速度飞行，下列说法中正确的是（ ）
A．选择子为参考系，此时子的平均寿命大于3.0μs
B．对于地面上的观测者来说，此时子的平均寿命是3.0μs
C．若观测者和子一起飞向地面，观测者认为大气层厚度变小
D．若观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速小于
6．经典力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用（ ）
A．2.5×10-5 m/s B．2.5×102 m/s C．3.5×103 m/s D．2.5×108 m/s
7．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是( )
A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B．弟弟思念哥哥而加速生长了
C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢
D．这是神话，科学无法解释
8．如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBA．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢
C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快
二、多选题
9．分别站在地面和匀速向前行驶的车厢中点的甲、乙两人，都看到了在车厢前、后壁发生的事件，下列说法正确的是（ ）
A．若乙观察两事件是同时的，则甲观察到前壁事件发生得早
B．若乙观察两事件是同时的，则甲观察到后壁事件发生得早
C．若甲观察两事件是同时的，则乙观察到前壁事件发生得早
D．若甲观察两事件是同时的，则乙观察到后壁事件发生得早
10．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
11．一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是（ ）
A．车上的观察者认为两个事件是同时的 B．车上的观察者认为光先到达后壁
C．地面上的观察者认为两个事件是同时的 D．地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些
12．有两辆较长的火车A和B，火车A静止不动，A的中央有一个光源，在某时刻发出一个闪光。此时火车B正以一较大的速度在平行于火车A的轨道上匀速运动，如图所示。关于火车A和火车B上的观察者观察到的现象，下列说法正确的是（ ）
A．火车A上的观察者看到闪光先到达火车A的前壁
B．火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁
C．火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁
D．火车B上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁
三、解答题
13．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－。若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，电子的质量为9.1×10－31kg，求：
（1）在实验室参考系中观测到该粒子的平均寿命；
（2）在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离。
14．半人马星座α星是太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m。设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间，若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？
参考答案
1．A
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。
2．A
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。
3．D
由公式可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变。
故选D。
4．B
A．地球上的人观测到地球上的钟快慢不变，故A错误；
BCD．地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，地球上的人认为飞船上的钟比地球上的钟慢，故地球上的人观测到地球上的钟比地球上的人观测飞船上的钟快，故B正确，CD错误。
故选B。
5．C
A．选择子为参考系，此时子的平均寿命就等于低速运动时的平均寿命3.0μs，A错误；
B．根据钟慢效应，对于地面上的观测者来说，高速飞行的子的平均寿命大于3.0μs ，B错误；
C．根据尺缩效应，如果观察者和子一起飞向地面，观察者认为大气层厚度变小，C正确；
D．根据光速不变原理，如果观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速等于，D错误。
故选C。
6．D
当物体速度接近光速3.0×108 m/s时，由相对论规律可知，物体的质量将随速度的变化而变化，经典力学不再适用。
故选D。
7．C
上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是20世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢．故选C．
8．C
A放在地面上，在地面上的人看来，A钟没有变化，B、C两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，B、C变慢，由于vB＜vC，C钟比B钟更慢，所以A钟最快，C钟最慢。
故选C。
9．AD
AB．乙观察两事件是同时的，即光从前后壁到乙的时间相等，但对甲而言，光从前壁到甲的传播距离变小，用时少，因而认为前壁事件发生得早，故A正确，B错误；
CD．同理甲认为同时，乙一定认为前壁事件发生得晚，故C错误，D正确。
故选AD。
10．CD
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。
11．AD
AB．因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前、后两壁，选项A正确，B错误；
CD．地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故D正确，C错误。
故选AD。
12．BC
AB．由于火车A静止，光源发出的光传播到前、后壁的距离相同，所以火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁，故A错误，B正确；
CD．火车B的观察者感到火车A的前、后壁到光源的距离不同，而光速不变，所以火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁，故C正确，D错误。
故选BC。
13．（1）；（2）15.849m
（1）粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为2.56×10－8s，而在实验室中观察到的寿命t应比τ大，有
故在实验室参考系中观测到该粒子的平均寿命为。
（2）平均距离为
故在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离为15.849m。
14．9年，0.4年
选地球为惯性系，飞船往返一次所需时间为
年
选飞船为惯性系，设飞船上时钟时间为t′，根据钟慢效应得
年
解得
t′＝0.4年
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一、单选题
1．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
2．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
3．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）
A．这个人身体变高
B．这个人身体变矮
C．这个人身体变胖
D．这个人身体变瘦
4．接近光速飞离地球的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，则地球上的人观测到地球上的钟（ ）
A．越走越快
B．比地球上的人观测飞船上的钟快
C．比地球上的人观测飞船上的钟慢
D．与地球上的人观测飞船上的钟一样快
5．子低速运动时的平均寿命是3.0μs。当子以0.99的速度飞行，下列说法中正确的是（ ）
A．选择子为参考系，此时子的平均寿命大于3.0μs
B．对于地面上的观测者来说，此时子的平均寿命是3.0μs
C．若观测者和子一起飞向地面，观测者认为大气层厚度变小
D．若观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速小于
6．经典力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用（ ）
A．2.5×10-5 m/s B．2.5×102 m/s C．3.5×103 m/s D．2.5×108 m/s
7．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是( )
A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B．弟弟思念哥哥而加速生长了
C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢
D．这是神话，科学无法解释
8．如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB
C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快
二、多选题
9．分别站在地面和匀速向前行驶的车厢中点的甲、乙两人，都看到了在车厢前、后壁发生的事件，下列说法正确的是（ ）
A．若乙观察两事件是同时的，则甲观察到前壁事件发生得早
B．若乙观察两事件是同时的，则甲观察到后壁事件发生得早
C．若甲观察两事件是同时的，则乙观察到前壁事件发生得早
D．若甲观察两事件是同时的，则乙观察到后壁事件发生得早
10．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
11．一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是（ ）
A．车上的观察者认为两个事件是同时的 B．车上的观察者认为光先到达后壁
C．地面上的观察者认为两个事件是同时的 D．地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些
12．有两辆较长的火车A和B，火车A静止不动，A的中央有一个光源，在某时刻发出一个闪光。此时火车B正以一较大的速度在平行于火车A的轨道上匀速运动，如图所示。关于火车A和火车B上的观察者观察到的现象，下列说法正确的是（ ）
A．火车A上的观察者看到闪光先到达火车A的前壁
B．火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁
C．火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁
D．火车B上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁
三、解答题
13．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－。若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，电子的质量为9.1×10－31kg，求：
（1）在实验室参考系中观测到该粒子的平均寿命；
（2）在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离。
14．半人马星座α星是太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m。设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间，若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？
参考答案
1．A
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。
2．A
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。
3．D
由公式可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变。
故选D。
4．B
A．地球上的人观测到地球上的钟快慢不变，故A错误；
BCD．地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，地球上的人认为飞船上的钟比地球上的钟慢，故地球上的人观测到地球上的钟比地球上的人观测飞船上的钟快，故B正确，CD错误。
故选B。
5．C
A．选择子为参考系，此时子的平均寿命就等于低速运动时的平均寿命3.0μs，A错误；
B．根据钟慢效应，对于地面上的观测者来说，高速飞行的子的平均寿命大于3.0μs ，B错误；
C．根据尺缩效应，如果观察者和子一起飞向地面，观察者认为大气层厚度变小，C正确；
D．根据光速不变原理，如果观测者和子一起飞向地面，观测者观察同方向向地球照射的太阳光光速等于，D错误。
故选C。
6．D
当物体速度接近光速3.0×108 m/s时，由相对论规律可知，物体的质量将随速度的变化而变化，经典力学不再适用。
故选D。
7．C
上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是20世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢．故选C．
8．C
A放在地面上，在地面上的人看来，A钟没有变化，B、C两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，B、C变慢，由于vB＜vC，C钟比B钟更慢，所以A钟最快，C钟最慢。
故选C。
9．AD
AB．乙观察两事件是同时的，即光从前后壁到乙的时间相等，但对甲而言，光从前壁到甲的传播距离变小，用时少，因而认为前壁事件发生得早，故A正确，B错误；
CD．同理甲认为同时，乙一定认为前壁事件发生得晚，故C错误，D正确。
故选AD。
10．CD
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。
11．AD
AB．因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前、后两壁，选项A正确，B错误；
CD．地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故D正确，C错误。
故选AD。
12．BC
AB．由于火车A静止，光源发出的光传播到前、后壁的距离相同，所以火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁，故A错误，B正确；
CD．火车B的观察者感到火车A的前、后壁到光源的距离不同，而光速不变，所以火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁，故C正确，D错误。
故选BC。
13．（1）；（2）15.849m
（1）粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为2.56×10－8s，而在实验室中观察到的寿命t应比τ大，有
故在实验室参考系中观测到该粒子的平均寿命为。
（2）平均距离为
故在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离为15.849m。
14．9年，0.4年
选地球为惯性系，飞船往返一次所需时间为
年
选飞船为惯性系，设飞船上时钟时间为t′，根据钟慢效应得
年
解得
t′＝0.4年
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