7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—人教版（2019）高中物理必修第二册练习
文档属性
| 名称 | 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—人教版（2019）高中物理必修第二册练习 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 112.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-23 20:07:21 | ||
图片预览
文档简介
5.相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、单选题
1．
在物理理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。下列关于科学家和物理规律说法正确的是（ ）
A．牛顿的万有引力定律适用于任何两个物体之间
B．牛顿通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在
C．相对论时间空观表明牛顿力学已不再适用
D．开普勒发现了行星的运动规律
2．
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
3．
一枚静止时长30m的火箭以1.5×108m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108m/s，观察者测得火箭的长度约为（ ）
A．30m
B．15m
C．34m
D．26m
英国科学家牛顿是经典力学理论体系的建立者，他有一句名言是：“如果我所见到的比笛卡儿要远些，那是因为我站在巨人的肩上。”关于牛顿等这些科学“巨人”及其成就，下述说法错误的是（ ）
A．开普勒在研究了天文学家第谷的行星观测记录的基础上，发现并提出了行星运动定律
B．牛顿提出万有引力定律，后人利用这一理论发现的海王星，被称为“笔尖下发现的行星”
C．卡文迪许在实验室较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学，包括万有引力定律，既适用于低速运动也适用于高速运动；既适用于宏观世界，也适用于微观世界
5．
下列哪些运动不服从经典力学的规律( )
A．发射同步人造卫星
B．电子绕原子核的运动
C．云层在天空的运动
D．子弹射出枪口的速度
6．
如图所示，惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速的匀速飞行器上测得该正方形的图像是（
）
A．
B．
C．
D．
二、多选题
7．
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．不同领域的事物各有其本质与规律
D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
8．
如图所示，甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为真空中光速)的飞船反向运动．则下列说法正确的是（
）
A．甲乙两人相对速度为1.4c
B．甲观察到乙的身高不变
C．甲观察到乙所乘的飞船变短
D．甲观察到乙所带的钟表显示时间变快
9．
下列叙述中，属于经典时空观内容的是（
）
A．在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度
B．光速是自然界中的极限速度，任何事物的速度不能超过光速
C．任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的
D．同时是相对的
10．
一个物体静止时质量为，能量为；速度为时，质量为，能量为，动能为，下列说法正确的是（
）
A．物体速度为时的能量
B．物体速度为时的动能
C．物体速度为时的动能
D．物体速度为时的动能
11．
随着科学技术的发展，人类遨游太空终究会实现。如果某飞船在以的速度飞行靠近某一星球时，发出一光源信号提示该星球上的人。假设所有的星球均相对静止，为光在真空中的速度。则下列说法正确的是（
）
A．该星球上的人看到的光源信号的速度为
B．该星球上的人看到的光源信号的速度为
C．地球上的人看到的光源信号的速度为
D．飞船正后方的某星球上的人看到的光源信号的速度为
12．
关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是（
）
A．在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，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的
B．在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体运动）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，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对的不变的量值，而与参考系的选取无关
D．相对论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
E.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
三、解答题
13．
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？
14．（2020·全国高一课时练习）如果真空中的光速为c＝3.0×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108m/s时，质量为3
kg.当它的速度为1.8×108m/s时，质量为多少？
15．（2020·全国高一课时练习）假设某太空飞船的长度为，一站在地面上的观察者观察到该太空飞船相对自己沿太空飞船长度方向以速度从正上方飞过。则：
(1)地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间为多少？
(2)太空飞船上的人测量的太空飞船飞过观察者的时间为多少？
16．（2020·全国高一课时练习）假如有一对孪生兄弟和，其中乘坐速度为的火箭飞往大角星（牧夫座），而后又飞回地球。根据在地球上的观测，大角星离地球有36光年远，这次往返飞行经历时间为80年。如果离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当回到地球时，他们的年龄各有多大？
参考答案
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．牛顿的万有引力定律适用于两个质点之间的引力问题，选项A错误；
B．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在，选项B错误；
C．相对论并没有否定牛顿的经典力学，而是在其基础上发展起来的，只是说明了经典力学的局限性，故C错误；
D．开普勒发现了行星的运动规律，选项D正确。
故选D。
2．A
【解析】
【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。
3．D
【解析】
【分析】
【详解】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，根据长度的相对性
代入解得观察者测得火箭的长度
故ABC错误，D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．开普勒在研究了天文学家第谷的行星观测记录的基础上，发现并提出了行星运动定律，A正确；
B．牛顿提出万有引力定律，后人利用这一理论发现的海王星，被称为“笔尖下发现的行星”，B正确；
C．卡文迪许在实验室利用扭秤实验较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”，C正确；
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学，包括万有引力定律，适用于宏观低速的运动，D错误。
本题选择错误选项，故选D。
5．B
【解析】
【详解】
经典力学的规律适用于宏观低速物体，不适用于微观高速粒子的运动，故经典力学不适应电子绕原子核的运动，故选B.
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
正方形从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上运动，根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，而沿y轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方形．
A．其形状与结论不相符，选项A错误；
B．其形状与结论不相符，选项B错误；
C．其形状与结论相符，选项C正确；
D．其形状与结论不相符，选项D错误；
7．BCD
【解析】
【详解】
人们对客观世界的认识要受到所处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，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内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A项错误，BCD正确．
故选BCD。
8．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A．如果把两个人中的一个看成静止，那么另一个相对有一个运动速度，但不是速度合成公式，而是相对论速度合成公式，合成的速度接近某个光速值，也即是说，如果把甲看成静止，那么乙相对甲以某个接近光速的速度飞行，故A错误；
B．身高是竖直方向，他们的运动方向为水平，所以身高不变，两者看到对方的身高不变，故B正确；
C．根据相对论的尺缩效应，甲观察到乙所乘的飞船变短，故C正确；
D．根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙的钟要更慢一点，故D错误；
故选：BC
9．AC
【解析】
【分析】
【详解】
本题考查的是对经典时空观的理解，经典时空观是绝对时空观，时间和空间都是绝对的，在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度，A正确；任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，C正确；BD错误；
10．AD
【解析】
【详解】
由爱因斯坦的质能方程得
E0=m0c2；E=mc2．
E=mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体速度为v时的能量E=mc2；在经典物理学中，速度为v时物体的动能Ek=m0v2，而这只是在v＜＜c时的近似；在相对论中物体的动能
Ek=E-E0=mc2-m0c2=（m-m0）c2；
故选AD。
易知AD正确，BC错误。
11．BC
【解析】
【详解】
根据狭义相对论的假设，真空中的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，则BC正确，AD错误。
故选BC。
12．ACE
【解析】
【详解】
A.在经典力学的时空观中，同时是绝对的，选项A对；
B.在相对论的时空观中，时间间隔是相对的，选项B错误；
C.在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，选项C对；
D.相对论的时空观是一个相对的时空观，选项D错误．
E.真空中的光速在不同惯性参考系中都相同，E正确．
13．增大了，0.02%
【解析】
试题分析：应用相对论有关相对论质量公进行分析求解．
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%．
点睛：本题主要考查了相对论中同时的相对性和时空相对性的含义，理解由相对论得出的相对论质量表达式的含义．
14．2.25
kg
【解析】
【分析】
【详解】
根据狭义相对论，
，
由题意知，
所以
所以m2＝m1＝2.25kg.
【点睛】
此题关键是掌握爱因斯坦的相对论原理，物体质量及速度关系遵循的规律是：
，其中m是运动质量，m0是指静止质量．
15．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(1)地面上的观察者测量的太空飞船的长度为
地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间
(2)太空飞船上的人测得太空飞船飞过观察者的时间为
16．B为54.9岁；A为100岁
【解析】
【详解】
设B在飞船惯性系中经历的时间为Ar，根据钟慢效应得：
即
解得年；所以B回到地球时的年龄为
此时A的年龄为
一、单选题
1．
在物理理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。下列关于科学家和物理规律说法正确的是（ ）
A．牛顿的万有引力定律适用于任何两个物体之间
B．牛顿通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在
C．相对论时间空观表明牛顿力学已不再适用
D．开普勒发现了行星的运动规律
2．
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
3．
一枚静止时长30m的火箭以1.5×108m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108m/s，观察者测得火箭的长度约为（ ）
A．30m
B．15m
C．34m
D．26m
英国科学家牛顿是经典力学理论体系的建立者，他有一句名言是：“如果我所见到的比笛卡儿要远些，那是因为我站在巨人的肩上。”关于牛顿等这些科学“巨人”及其成就，下述说法错误的是（ ）
A．开普勒在研究了天文学家第谷的行星观测记录的基础上，发现并提出了行星运动定律
B．牛顿提出万有引力定律，后人利用这一理论发现的海王星，被称为“笔尖下发现的行星”
C．卡文迪许在实验室较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学，包括万有引力定律，既适用于低速运动也适用于高速运动；既适用于宏观世界，也适用于微观世界
5．
下列哪些运动不服从经典力学的规律( )
A．发射同步人造卫星
B．电子绕原子核的运动
C．云层在天空的运动
D．子弹射出枪口的速度
6．
如图所示，惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速的匀速飞行器上测得该正方形的图像是（
）
A．
B．
C．
D．
二、多选题
7．
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．不同领域的事物各有其本质与规律
D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
8．
如图所示，甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为真空中光速)的飞船反向运动．则下列说法正确的是（
）
A．甲乙两人相对速度为1.4c
B．甲观察到乙的身高不变
C．甲观察到乙所乘的飞船变短
D．甲观察到乙所带的钟表显示时间变快
9．
下列叙述中，属于经典时空观内容的是（
）
A．在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度
B．光速是自然界中的极限速度，任何事物的速度不能超过光速
C．任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的
D．同时是相对的
10．
一个物体静止时质量为，能量为；速度为时，质量为，能量为，动能为，下列说法正确的是（
）
A．物体速度为时的能量
B．物体速度为时的动能
C．物体速度为时的动能
D．物体速度为时的动能
11．
随着科学技术的发展，人类遨游太空终究会实现。如果某飞船在以的速度飞行靠近某一星球时，发出一光源信号提示该星球上的人。假设所有的星球均相对静止，为光在真空中的速度。则下列说法正确的是（
）
A．该星球上的人看到的光源信号的速度为
B．该星球上的人看到的光源信号的速度为
C．地球上的人看到的光源信号的速度为
D．飞船正后方的某星球上的人看到的光源信号的速度为
12．
关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是（
）
A．在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，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的
B．在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体运动）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，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对的不变的量值，而与参考系的选取无关
D．相对论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
E.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
三、解答题
13．
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？
14．（2020·全国高一课时练习）如果真空中的光速为c＝3.0×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108m/s时，质量为3
kg.当它的速度为1.8×108m/s时，质量为多少？
15．（2020·全国高一课时练习）假设某太空飞船的长度为，一站在地面上的观察者观察到该太空飞船相对自己沿太空飞船长度方向以速度从正上方飞过。则：
(1)地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间为多少？
(2)太空飞船上的人测量的太空飞船飞过观察者的时间为多少？
16．（2020·全国高一课时练习）假如有一对孪生兄弟和，其中乘坐速度为的火箭飞往大角星（牧夫座），而后又飞回地球。根据在地球上的观测，大角星离地球有36光年远，这次往返飞行经历时间为80年。如果离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当回到地球时，他们的年龄各有多大？
参考答案
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．牛顿的万有引力定律适用于两个质点之间的引力问题，选项A错误；
B．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在，选项B错误；
C．相对论并没有否定牛顿的经典力学，而是在其基础上发展起来的，只是说明了经典力学的局限性，故C错误；
D．开普勒发现了行星的运动规律，选项D正确。
故选D。
2．A
【解析】
【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。
3．D
【解析】
【分析】
【详解】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，根据长度的相对性
代入解得观察者测得火箭的长度
故ABC错误，D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．开普勒在研究了天文学家第谷的行星观测记录的基础上，发现并提出了行星运动定律，A正确；
B．牛顿提出万有引力定律，后人利用这一理论发现的海王星，被称为“笔尖下发现的行星”，B正确；
C．卡文迪许在实验室利用扭秤实验较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”，C正确；
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学，包括万有引力定律，适用于宏观低速的运动，D错误。
本题选择错误选项，故选D。
5．B
【解析】
【详解】
经典力学的规律适用于宏观低速物体，不适用于微观高速粒子的运动，故经典力学不适应电子绕原子核的运动，故选B.
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
正方形从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上运动，根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，而沿y轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方形．
A．其形状与结论不相符，选项A错误；
B．其形状与结论不相符，选项B错误；
C．其形状与结论相符，选项C正确；
D．其形状与结论不相符，选项D错误；
7．BCD
【解析】
【详解】
人们对客观世界的认识要受到所处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，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内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A项错误，BCD正确．
故选BCD。
8．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A．如果把两个人中的一个看成静止，那么另一个相对有一个运动速度，但不是速度合成公式，而是相对论速度合成公式，合成的速度接近某个光速值，也即是说，如果把甲看成静止，那么乙相对甲以某个接近光速的速度飞行，故A错误；
B．身高是竖直方向，他们的运动方向为水平，所以身高不变，两者看到对方的身高不变，故B正确；
C．根据相对论的尺缩效应，甲观察到乙所乘的飞船变短，故C正确；
D．根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙的钟要更慢一点，故D错误；
故选：BC
9．AC
【解析】
【分析】
【详解】
本题考查的是对经典时空观的理解，经典时空观是绝对时空观，时间和空间都是绝对的，在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度，A正确；任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，C正确；BD错误；
10．AD
【解析】
【详解】
由爱因斯坦的质能方程得
E0=m0c2；E=mc2．
E=mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体速度为v时的能量E=mc2；在经典物理学中，速度为v时物体的动能Ek=m0v2，而这只是在v＜＜c时的近似；在相对论中物体的动能
Ek=E-E0=mc2-m0c2=（m-m0）c2；
故选AD。
易知AD正确，BC错误。
11．BC
【解析】
【详解】
根据狭义相对论的假设，真空中的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，则BC正确，AD错误。
故选BC。
12．ACE
【解析】
【详解】
A.在经典力学的时空观中，同时是绝对的，选项A对；
B.在相对论的时空观中，时间间隔是相对的，选项B错误；
C.在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，选项C对；
D.相对论的时空观是一个相对的时空观，选项D错误．
E.真空中的光速在不同惯性参考系中都相同，E正确．
13．增大了，0.02%
【解析】
试题分析：应用相对论有关相对论质量公进行分析求解．
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%．
点睛：本题主要考查了相对论中同时的相对性和时空相对性的含义，理解由相对论得出的相对论质量表达式的含义．
14．2.25
kg
【解析】
【分析】
【详解】
根据狭义相对论，
，
由题意知，
所以
所以m2＝m1＝2.25kg.
【点睛】
此题关键是掌握爱因斯坦的相对论原理，物体质量及速度关系遵循的规律是：
，其中m是运动质量，m0是指静止质量．
15．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(1)地面上的观察者测量的太空飞船的长度为
地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间
(2)太空飞船上的人测得太空飞船飞过观察者的时间为
16．B为54.9岁；A为100岁
【解析】
【详解】
设B在飞船惯性系中经历的时间为Ar，根据钟慢效应得：
即
解得年；所以B回到地球时的年龄为
此时A的年龄为