相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性-人教版高中物理必修練習(xí)

5.相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性一、單選題1．在物理理論建立的過程中，有許多偉大的科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)。下列關(guān)于科學(xué)家和物理規(guī)律說法正確的是（）A．牛頓的萬有引力定律適用于任何兩個物體之間B．牛頓通過實(shí)驗(yàn)測出了萬有引力常量，證實(shí)了萬有引力定律的存在C．相對論時間空觀表明牛頓力學(xué)已不再適用D．開普勒發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)動規(guī)律2．美國科學(xué)家2016年2月11日宣布，他們探測到引力波的存在。引力波是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內(nèi)彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)的局限性。關(guān)于經(jīng)典力學(xué)，下列說法正確的是（）A．經(jīng)典力學(xué)完全適用于宏觀低速運(yùn)動B．經(jīng)典力學(xué)取得了巨大成就，是普遍適用的C．隨著物理學(xué)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)將逐漸成為過時的理論D．由于相對論、量子論的提出，經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)失去了它的應(yīng)用價值3．一枚靜止時長30m的火箭以×108m/s的速度從觀察者的身邊掠過，已知光速為3×108m/s，觀察者測得火箭的長度約為（）A．30m B．15m C．34m D．26m英國科學(xué)家牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論體系的建立者，他有一句名言是：“如果我所見到的比笛卡兒要遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟??！标P(guān)于牛頓等這些科學(xué)“巨人”及其成就，下述說法錯誤的是（）A．開普勒在研究了天文學(xué)家第谷的行星觀測記錄的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并提出了行星運(yùn)動定律B．牛頓提出萬有引力定律，后人利用這一理論發(fā)現(xiàn)的海王星，被稱為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”C．卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室較準(zhǔn)確地測出了引力常量G的數(shù)值，并說該實(shí)驗(yàn)是“稱量地球的重量”D．以牛頓運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，包括萬有引力定律，既適用于低速運(yùn)動也適用于高速運(yùn)動；既適用于宏觀世界，也適用于微觀世界5．下列哪些運(yùn)動不服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律()A．發(fā)射同步人造衛(wèi)星 B．電子繞原子核的運(yùn)動C．云層在天空的運(yùn)動 D．子彈射出槍口的速度6．如圖所示，慣性系S中有一邊長為l的正方形，從相對S系沿x方向以接近光速的勻速飛行器上測得該正方形的圖像是（）A． B．C． D．二、多選題7．20世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無法解釋．經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動問題，不能用來處理高速運(yùn)動問題，只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子．這說明()A．隨著認(rèn)識的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過時的理論B．人們對客觀事物的具體認(rèn)識在廣度上是有局限性的C．不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律D．人們應(yīng)當(dāng)不斷擴(kuò)展認(rèn)識，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律8．如圖所示，甲、乙兩人分別乘坐速度為和(c為真空中光速)的飛船反向運(yùn)動．則下列說法正確的是（）A．甲乙兩人相對速度為B．甲觀察到乙的身高不變C．甲觀察到乙所乘的飛船變短D．甲觀察到乙所帶的鐘表顯示時間變快9．下列敘述中，屬于經(jīng)典時空觀內(nèi)容的是（）A．在任何參考系中測量同一個物體，都具有相同的長度B．光速是自然界中的極限速度，任何事物的速度不能超過光速C．任何事物所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的D．同時是相對的10．一個物體靜止時質(zhì)量為，能量為；速度為時，質(zhì)量為，能量為，動能為，下列說法正確的是（）A．物體速度為時的能量B．物體速度為時的動能C．物體速度為時的動能D．物體速度為時的動能11．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類遨游太空終究會實(shí)現(xiàn)。如果某飛船在以的速度飛行靠近某一星球時，發(fā)出一光源信號提示該星球上的人。假設(shè)所有的星球均相對靜止，為光在真空中的速度。則下列說法正確的是（）A．該星球上的人看到的光源信號的速度為B．該星球上的人看到的光源信號的速度為C．地球上的人看到的光源信號的速度為D．飛船正后方的某星球上的人看到的光源信號的速度為12．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀與相對論的時空觀，下列說法正確的是（）A．在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件，對另一個參考系中的觀察者來說也是同時的B．在相對論的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任何事件（或物體運(yùn)動）所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān)C．在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，空間距離是絕對的，即如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點(diǎn)的距離是絕對的不變的量值，而與參考系的選取無關(guān)D．相對論的時空觀就是一個絕對的時空觀，時間與空間物體的運(yùn)動無關(guān)E.真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的三、解答題13．一個原來靜止的電子，經(jīng)高壓加速后速度為v＝6×106m/s.問電子的質(zhì)量是增大了還是減小了？改變了百分之幾？14．（2020·全國高一課時練習(xí)）如果真空中的光速為c＝×108m/s，當(dāng)一個物體的運(yùn)動速度為v1＝×108m/s時，質(zhì)量為3kg.當(dāng)它的速度為×108m/s時，質(zhì)量為多少？15．（2020·全國高一課時練習(xí)）假設(shè)某太空飛船的長度為，一站在地面上的觀察者觀察到該太空飛船相對自己沿太空飛船長度方向以速度從正上方飛過。則：(1)地面上的觀察者測量的太空飛船飛過該觀察者的時間為多少？(2)太空飛船上的人測量的太空飛船飛過觀察者的時間為多少？16．（2020·全國高一課時練習(xí)）假如有一對孿生兄弟A和B，其中B乘坐速度為v=0.9c的火箭飛往大角星（牧夫座α），而后又飛回地球。根據(jù)A在地球上的觀測，大角星離地球有36光年遠(yuǎn)，這次B往返飛行經(jīng)歷時間為80年。如果B離開地球時，他們的年齡都為20歲，試問當(dāng)B回到地球時，他們的年齡各有多大？

參考答案1．D【解析】【分析】【詳解】A．牛頓的萬有引力定律適用于兩個質(zhì)點(diǎn)之間的引力問題，選項A錯誤；B．卡文迪許通過實(shí)驗(yàn)測出了萬有引力常量，證實(shí)了萬有引力定律的存在，選項B錯誤；C．相對論并沒有否定牛頓的經(jīng)典力學(xué)，而是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，只是說明了經(jīng)典力學(xué)的局限性，故C錯誤；D．開普勒發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)動規(guī)律，選項D正確。故選D。2．A【解析】【詳解】A．經(jīng)典力學(xué)完全適用于宏觀低速運(yùn)動的物體，宏觀物體是相對于微觀粒子而言的，故A正確；B．經(jīng)典力學(xué)取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍適用的，故B錯誤；CD．在微觀高速情況下，要用量子力學(xué)和相對論來解釋，但是并不會因?yàn)橄鄬φ摵土孔恿W(xué)的出現(xiàn)，就否定了經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)仍然是正確的，不會過時也不會失去價值，故CD錯誤。故選A。3．D【解析】【分析】【詳解】根據(jù)狹義相對論得火箭上的人測得火箭的長度為30m，根據(jù)長度的相對性代入解得觀察者測得火箭的長度故ABC錯誤，D正確。故選D。4．D【解析】【分析】【詳解】A．開普勒在研究了天文學(xué)家第谷的行星觀測記錄的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并提出了行星運(yùn)動定律，A正確；B．牛頓提出萬有引力定律，后人利用這一理論發(fā)現(xiàn)的海王星，被稱為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”，B正確；C．卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室利用扭秤實(shí)驗(yàn)較準(zhǔn)確地測出了引力常量G的數(shù)值，并說該實(shí)驗(yàn)是“稱量地球的重量”，C正確；D．以牛頓運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，包括萬有引力定律，適用于宏觀低速的運(yùn)動，D錯誤。本題選擇錯誤選項，故選D。5．B【解析】【詳解】經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律適用于宏觀低速物體，不適用于微觀高速粒子的運(yùn)動，故經(jīng)典力學(xué)不適應(yīng)電子繞原子核的運(yùn)動，故選B.6．C【解析】【分析】【詳解】正方形從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上運(yùn)動，根據(jù)相對論效應(yīng)可知，沿x軸方向正方形邊長縮短，而沿y軸方向正方形邊長沒有改變，則其形狀變成長方形．A．其形狀與結(jié)論不相符，選項A錯誤；B．其形狀與結(jié)論不相符，選項B錯誤；C．其形狀與結(jié)論相符，選項C正確；D．其形狀與結(jié)論不相符，選項D錯誤；7．BCD【解析】【詳解】人們對客觀世界的認(rèn)識要受到所處時代的客觀條件和科學(xué)水平的制約，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人們只有不斷擴(kuò)展自己的認(rèn)識，才能掌握更廣闊領(lǐng)域內(nèi)不同事物的本質(zhì)與規(guī)律．新的科學(xué)的誕生并不意味著對原來科學(xué)的全盤否定，只能認(rèn)為過去的科學(xué)是新的科學(xué)在一定條件下的特殊情形．故A項錯誤，BCD正確．故選BCD。8．BC【解析】【分析】【詳解】A．如果把兩個人中的一個看成靜止，那么另一個相對有一個運(yùn)動速度，但不是速度合成公式，而是相對論速度合成公式，合成的速度接近某個光速值，也即是說，如果把甲看成靜止，那么乙相對甲以某個接近光速的速度飛行，故A錯誤；B．身高是豎直方向，他們的運(yùn)動方向?yàn)樗剑陨砀卟蛔?，兩者看到對方的身高不變，故B正確；C．根據(jù)相對論的尺縮效應(yīng)，甲觀察到乙所乘的飛船變短，故C正確；D．根據(jù)相對論的鐘慢效應(yīng)，可以推測兩人在接近光速運(yùn)動時，相對地球來說時間都變慢了，但乙相對于甲的速度更大，因此可以推測，乙的鐘要更慢一點(diǎn)，故D錯誤；故選：BC9．AC【解析】【分析】【詳解】本題考查的是對經(jīng)典時空觀的理解，經(jīng)典時空觀是絕對時空觀，時間和空間都是絕對的，在任何參考系中測量同一個物體，都具有相同的長度，A正確；任何事物所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，C正確；BD錯誤；10．AD【解析】【詳解】由愛因斯坦的質(zhì)能方程得E0=m0c2；E=mc2．E=mc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系，物體速度為v時的能量E=mc2；在經(jīng)典物理學(xué)中，速度為v時物體的動能Ek=m0v2，而這只是在v＜＜c時的近似；在相對論中物體的動能Ek=E-E0=mc2-m0c2=（m-m0）c2；故選AD。易知AD正確，BC錯誤。11．BC【解析】【詳解】根據(jù)狹義相對論的假設(shè)，真空中的光速相對于不同的慣性參考系是相同的，即在任何地方的光速都是c，則BC正確，AD錯誤。故選BC。12．ACE【解析】【詳解】A.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，同時是絕對的，選項A對；B.在相對論的時空觀中，時間間隔是相對的，選項B錯誤；C.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，空間距離是絕對的，選項C對；D.相對論的時空觀是一個相對的時空觀，選項D錯誤．E.真空中的光速在不同慣性參考系中都相同，E正確．13．增大了，%【解析】試題分析：應(yīng)用相對論有關(guān)相對論質(zhì)量公進(jìn)行分析求解．根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論得，運(yùn)動后的質(zhì)量增大了，且，所以改變的百分比為×100%＝%．點(diǎn)睛：本題主要考查了相對論中同時的相對性和時空相對性的含義，理解由相對論得出的相對論質(zhì)量表達(dá)式的含義．14．kg【解析】【分析】【詳解】根據(jù)狹義相對論，，由題意知，所以所以m2＝m1＝.【點(diǎn)睛】此題關(guān)鍵是掌握愛因斯坦的相對論原理，物體質(zhì)