7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 训练—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册同步

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、单选题
下列说法符合史实的是
A. 开普勒在牛顿定律的基础上，总结出了行星运动的规律
B. 卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量
C. 牛顿建立的经典力学可以解决自然界中所有的问题
D. “和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短
经典力学规律不适用于下列运动的是(????)
A. 子弹的飞行 B. 飞船绕地球的运行
C. 列车的运行 D. 粒子接近光速的运动
如下图所示，沿平直铁路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，列车上的观测者测得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
下列说法中不正确的是(????)
A. 杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
B. 由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小
C. 杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
D. 如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
美国科学家宣布，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
2017年10月3日，瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家，以表彰他们对LIGO探测装置的决定性贡献．引力波是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牛顿力学的局限性．关于牛顿力学，下列说法正确的是(????)
A. 牛顿力学完全适用于宏观低速运动
B. 牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C. 随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论
D. 由于相对论、量子论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
下列说法正确的是(????)
A. 牛顿定律适合于解决宏观、低速的物体运动问题
B. 在真空中相对于不同的惯性参考系光速是不同的
C. 在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的快
D. 在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度大
物理学发展过程中，以下科学家都有突出的贡献，下列说法正确的是(????)
A. 伽利略研究了自由落体运动，并且测出了地球表面重力加速度约为9.8?m/s2
B. 开普勒总结出了行星运动规律，指出了行星运动轨道不是完美的圆
C. 牛顿发现了万有引力定律，并且测出了万有引力常量G的数值
D. 爱因斯坦建立了狭义相对论，完全否定了经典力学的规律
关于经典力学的局限性，下列说法正确的是(????)
A. 20世纪初爱因斯坦建立的相对论完全否定了经典力学的观念和结论
B. 地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，经典力学就不适用了
C. 粒子以3×108m/s的速度运动时，经典力学依然适用
D. 经典力学无法正确地描述微观粒子运动的规律性
继哥白尼提出“太阳中心说”，开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既指出了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论。这说明(????)
①人类不可能完全认识世界，只能认识世界的一部分
②人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界
③人对世界的认识都有局限性，需要发展和深化
④每一个认识都可能被后人推翻，人类的探究不值得
A. ①②③④ B. ①②③ C. ①③④ D. ②③
经典力学体系是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论，是整个现代物理学和天文学基础，关于经典力学的适用范围，下列说法中正确的是(????)
A. 微观、低速和强引力场 B. 宏观、高速和弱引力场
C. 宏观、低速和弱引力场 D. 微观、高速和强引力场
在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，小猫在车厢后端出生，闪光到达车厢前壁时，小鸡在车厢前端出生．则(????)
A. 在火车上的人看来，小猫先出生 B. 在火车上的人看来，小鸡先出生
C. 在地面上的人看来，小猫先出生 D. 在地面上的人看来，小鸡先出生
如图所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb A. a B. b C. c D. 无法确定
二、多选题
(多选)2017年6月16日，来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发．下列说法正确的是(????)
A. 经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律
B. 经典力学适用于光子的运动规律
C. 量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律
D. 量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值
关于经典力学的局限性，下列说法正确的是(????)
A. 经典力学没有局限性
B. 经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了
C. 经典力学不适用于微观领域中的物质结构和能量不连续的现象
D. 经典力学中的“时间和空间分离”的观点不对
对于公式m=m01-(vc)2，下列说法正确的是? (??? )
A. 式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B. 当物体的运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的
C. 当物体以较小速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速的速度运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D. 通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，因此在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
下列说法正确的是(????)
A. 牛顿运动定律既适用于低速、宏观的物体，也适用于高速、微观的粒子
B. 牛顿第一定律是牛顿第二定律的特殊情形，它们都可通过实验来直接验证
C. 卡文迪许在实验室里较为准确地测出了引力常量G的数值
D. 开普勒第三定律表达式r3T2=k中的k值与中心天体的质量有关
电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是(????)
A. 氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置
B. 电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道
C. 电子绕核运动时，不遵从牛顿运动定律
D. 电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
E. 电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
答案解析
1.B
【解析】A.开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，但并未找出了行星按照这些规律运动的原因；牛顿在开普勒行星运动定律的基础上推导出万有引力定律，故A错误；
B.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，故B正确；
C.牛顿运动定律不适用于微观高速物体，故C错误；
D.“和谐号”动车组高速行驶时，其速度远远小于光速，则不会出现沿车厢长度明显变短的现象，故D错误。故选B。
2.D
【解析】A、B、C、经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动，经典力学能适用。故ABC错误；
D、粒子接近光速的运动，对于微观的情形经典力学不适用。故D正确。故选：D。
3.C
【解析】沿AC方向以接近光速行驶，列车上的观测者测得塔高大于相邻塔间间距，列车上的观察者看到的是由B出发后经过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，看到C先被照亮．
故选C．
4.C
【解析】A.经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，故A正确；
B.根据l=l01-v2c2知沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度小，故B正确；
C.一根杆的长度静止时为l0，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C错误；
D.根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，故D正确；本题选择不正确的，故选：C。
5.A
【解析】
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
C、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；故不会过时也不会失去价值；故CD错误；故选：A．
6.A
【解析】A? 牛顿力学完全适用于宏观低速运动的物体，故A正确；
B.牛顿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，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，就否定了牛顿力学取得了巨大的成就，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，就否定了牛顿力学，牛顿力学在其适用范围内仍然是正确的，故不会过时也不会失去应用价值，故CD错误。故选A。
7.A
【解析】A.牛顿定律是经典物理学的基础，仅适用于低速、宏观领域，故A正确；
B.根据狭义相对论可知，在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫光速不变原理，故B错误；
C.?根据狭义相对论的钟慢效应可知，在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的慢，故C错误；
D.根据狭义相对论的尺缩效应可知，在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度小，故D错误。故选A。
8.B
【解析】A.伽利略指出自由落体运动就是加速度为g的匀加速直线运动，但伽利略的时代没有测出了重力加速度，故A错误；
B.开普勒总结出了行星运动规律，指出了行星运动轨道不是完美的圆，故B正确；
C.牛顿发现了万有引力定律，但是卡文迪许测出了万有引力常量，故C错误；
D.爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域，相对论的创立并不表明经典力学已不再适用，实际上在宏观、低速的情况下经典力学仍能适用，故D错误。
9.D
【解析】A、爱因斯坦建立的相对论，但是没有否定经典力学的观念和结论，故A错误。
BC、经典力学适用于宏观物体、低速运动的物体，可知地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，经典力学是适用的，粒子以3×108m/s的速度运动时，经典力学不适用，故BC错误。
D、经典力学无法正确地描述微观粒子运动的规律性，故D正确。故选D。
10.D
【解析】发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题，这是科学研究的基本轨迹。任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理论”都有一定的局限性，爱因斯坦的相对论是对牛顿力学理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战。则①④项错误，②③项正确，故ABC错误，D正确。故选D。
11.C
【解析】?经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场；故选C。
12.C
【解析】AB.火车中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁则在火车上的人看来，小猫和小鸡同时出生，故AB错误；
CD.地面上的人以地面是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些，故在地面上的人看来，一只小猫先出生，故C正确，D错误。
故选C。
13.C
【解析】根据公式Δt=Δt01-(vc)2可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢，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vb14.AC
【解析】AB.经典力学适用于宏观物体的运动，而不适用微观粒子的运动，故A正确，B错误；
CD.量子力学使用描述微观粒子的运动，故C正确，D错误。故选AC。
15.BCD
【解析】AB、经典力学仅适用于宏观、低速运动的物体，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不再适用了，故A错误、B正确；
C、经典力学无法解释微观领域中的物质结构和能量不连续的现象，故C正确；
D、经典力学中的时间和空间是绝对的，是独立于物体及其运动的，即经典力学的时间和空间与物体无关，与物体的运动无关，经典力学中的“时间和空间分离”的观点是错误的，故D正确。故选：BCD。
16.CD
【解析】A.公式中，m0为物体静止的质量，m是物体速度为v时的质量，故A错误；
B.当v接近光速时，经典力学不适用，物体速度远小于光速时，经典力学理论仍然适用，故B错误；
C.物体速度远小于光速时，质量的变化可以忽略不计，即经典力学适用于低速，不适用于高速，故C正确；
D.地球上的物体运动速度一般比较小，经典力学适用，故D正确。故选CD。
17.CD
【解析】A.牛顿运动定律既只用于低速、宏观的物体，故A错误；
B.牛顿第一定律不能用实验验证，故B错误；
C.卡文迪许在实验室里较为准确地测出了引力常量G的数值，故 C正确；
D.开普勒第三定律表达式r3T2=k中的k值与中心天体的质量有关，故 D正确。故选CD。
18.CDE
【解析】微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，故CDE正确，AB错误。故选：CDE。