第5章　牛顿力学的局限性与相对论初步 分层作业25　牛顿力学的成就与局限性　相对论时空观　宇宙起源和演化--2025粤教版高中物理必修第二册同步练习题

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2025粤教版高中物理必修第二册
分层作业25　牛顿力学的成就与局限性　相对论时空观　宇宙起源和演化
A组 必备知识基础练
　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　经典力学的成就与局限性
1.下列运动中,不能用牛顿力学规律描述的是(　　)
A.子弹的飞行
B.粒子接近光速运动
C.“复兴号”动车从广州向北京奔驰
D.神舟十三号飞船绕地球运动
2.(多选)下列说法中哪些属于经典时空观的观点(　　)
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
题组二　狭义相对论的主要结论
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.这个人是一个矮胖子
B.这个人是一个瘦高个子
C.这个人矮但不胖
D.这个人瘦但不高
4.地面上的观察者测得真空中的光速为v1,在匀速直线运动的列车内,观察者测得真空中的光速为v2,根据狭义相对论,下列判断正确的是(　　)
A.v1>v2 B.v1C.v1=v2 D.无法确定
B组 关键能力提升练
5.如图所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光,列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　)
A.同时被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.无法判断
6.如图所示,假设一根10 cm长的梭镖以接近光速穿过一根10 cm长静止的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的.以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)
A.静止的观察者看到梭镖收缩变短,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖
B.静止的观察者看到梭镖变长,因此在某个位置,梭镖从管子的两端伸出来
C.静止的观察者看到两者的收缩量相等,因此在某个位置,管子仍恰好遮住梭镖
D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动,则二者的相对速度是2c
7.爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》,论文首次提出狭义相对论.假设一艘太空飞船静止时的长度为30 m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,根据狭义相对论,下列说法正确的是(　　)
A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
C组 核心素养拔高练
8.例如有一对孪生兄弟A和B,其中B乘坐速度为v=0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座α),而后又飞回地球.根据A在地球上的观测,大角星离地球有40万光年远,这次B往返飞行经历时间为80.8年.如果B在离开地球时,他们的年龄都为20岁,试问当B回到地球时,他们的年龄各有多大 (保留到整数位)
分层作业25　牛顿力学的成就与局限性
相对论时空观　宇宙起源和演化
1.B　解析 牛顿力学规律只适用宏观低速物体,不适用微观高速粒子的运动,则不能用牛顿力学规律描述的是粒子接近光速运动.故选B.
2.ABC　解析 经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的,选项A、B、C属于经典时空观;选项D属于相对论时空观.
3.D　解析 由公式l=l0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.
4.C　解析 根据狭义相对论光速不变原理,光在真空中总是以确定的速度传播,速度的大小同光源的运动状态无关,在真空中的各个方向上,光信号传播速度的大小均相同,光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关,可知v1=v2,故选C.
5.C　解析 列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光,由于列车在这段时间内向C运动,靠近C而远离A,所以C的反射光先到达列车上的观察者,观察者看到C先被照亮,故选项C正确.
6.A　解析 根据狭义相对论的尺缩效应,如果梭镖相对于观察者运动,那么梭镖收缩变短,而管子长度不变,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖,A正确,B、C错误;由光速不变原理,可知物体的速度不会超过光速,故D错误.
7.B　解析 飞船上的观测者相对该飞船静止,飞船上的观测者测得该飞船的长度等于30 m,故A错误;该飞船相对地球上的观测者是运动的,地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m,故B正确;根据光速不变原理,飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c,故C、D错误.
8.解析 设B在飞船惯性系中经历时间为t'
根据钟慢效应得t=
即80.8=
解得t'=35年
所以B回到地球时的年龄为20+35=55岁
此时A的年龄为20+80.8=101岁.
答案 101岁　55岁
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