2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行5相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性課后作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGEPAGE4相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性限時：45分鐘一、單項選擇題1．一高速列車通過洞口為圓形的隧道，列車上的司機(jī)對隧道的視察結(jié)果為(D)A．洞口為橢圓形，隧道長度變短B．洞口為圓形，隧道長度不變C．洞口為橢圓形，隧道長度不變D．洞口為圓形，隧道長度變短解析：在運(yùn)動方向上由于有“尺縮效應(yīng)”，故隧道長度變短；在垂直運(yùn)動方向上，沒有“尺縮效應(yīng)”，即洞口為圓形，故選D.2．話說有兄弟兩個，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空，經(jīng)過一段時間返回地球，哥哥驚異地發(fā)覺弟弟比自己要蒼老很多，則該現(xiàn)象的科學(xué)說明是(C)A．哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長了B．弟弟思念哥哥而加速生長了C．由相對論可知，物體速度越大，在其上時間進(jìn)程就越慢，生理過程也越慢D．這是神話，科學(xué)無法說明解析：依據(jù)相對論的時間延緩效應(yīng)，當(dāng)飛船速度接近光速時，時間會變慢，時間延緩效應(yīng)對生命過程、化學(xué)反應(yīng)等也是成立的．飛船運(yùn)行的速度越大，時間延緩效應(yīng)越明顯，人體新陳代謝越緩慢．3．下列說法正確的是(A)①當(dāng)物體運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于光速時，相對論物理學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分；②當(dāng)物體運(yùn)動速度接近光速時，相對論物理學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)沒有區(qū)分；③當(dāng)普朗克常量h(6.63×10－34J·s)可以忽視不計時，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分；④當(dāng)普朗克常量h不能忽視不計時，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)分．A．①③ B．②④C．①④ D．②③解析：經(jīng)典力學(xué)可以看作是相對論物理學(xué)在低速、宏觀下的特例，正確選項為A.二、多項選擇題4．下列說法正確的是(ABD)A．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨物體運(yùn)動狀態(tài)的變更而變更的B．牛頓運(yùn)動定律的經(jīng)典力學(xué)理論具有局限性，它只適用于低速運(yùn)動，不適用于高速運(yùn)動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界C．相對論與量子力學(xué)的出現(xiàn)否定了經(jīng)典力學(xué)理論D．伽利略的“自然數(shù)學(xué)化”的方法和牛頓的“歸納—演繹法”是經(jīng)典力學(xué)方法的典型解析：在經(jīng)典力學(xué)中物體的質(zhì)量是恒定不變的，選項A正確；經(jīng)典力學(xué)有嚴(yán)格運(yùn)用范圍，即宏觀、低速的物體，選項B正確；相對論與量子力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展與延長，它并沒有否認(rèn)經(jīng)典力學(xué)理論，選項C錯誤；同樣選項D也是正確的．5．關(guān)于牛頓物理學(xué)與狹義相對論，下列說法正確的是(BC)A．狹義相對論探討的是物體在低速運(yùn)動時所遵循的規(guī)律B．狹義相對論探討的是物體在高速運(yùn)動時所遵循的規(guī)律C．牛頓物理學(xué)探討的是物體在低速運(yùn)動時所遵循的規(guī)律D．牛頓物理學(xué)探討的是物體在高速運(yùn)動時所遵循的規(guī)律解析：牛頓物理學(xué)的運(yùn)動規(guī)律適用于低速、宏觀物體，而愛因斯坦的狹義相對論適用于高速、微觀世界．6．下列說法中正確的是(AB)A．依據(jù)牛頓萬有引力定律，當(dāng)星球質(zhì)量不變，半徑變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，星球表面上物體所受的引力將變?yōu)樵瓉淼?倍B．依據(jù)廣義相對論，當(dāng)星球質(zhì)量不變，半徑變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，星球表面上物體所受的引力將大于原來的4倍C．當(dāng)天體的實際半徑遠(yuǎn)大于引力半徑時，依據(jù)愛因斯坦的引力理論和牛頓理論計算出的力差別很大D．當(dāng)天體的實際半徑接近引力半徑時，依據(jù)愛因斯坦的引力理論和牛頓理論計算出的力相等解析：愛因斯坦引力理論表明，當(dāng)星球質(zhì)量不變，半徑變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，星球表面上物體所受的引力將大于原來的4倍．天體半徑越小，依據(jù)愛因斯坦引力理論和牛頓理論計算出的力的差別越大．三、非選擇題7．一視察者測得運(yùn)動著的米尺為0.5m長，求此米尺以多大的速度移動．答案：2.60×108m/s解析：以視察者為一參考系測得的長度為l′，米尺為另一參考系，測得米尺的長度為l，依據(jù)公式l′＝leq\r(1－\f(v,c)2)，可得v＝ceq\f(\r(l2－l′2),l)c＝3.0×108m/s，l＝1m，l′＝0.5m所以v≈0.866c≈2.60×108m/s.8．地面上長100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度拂過，則火箭上的人看到鐵路的長度應(yīng)當(dāng)為多少？假如火箭的速度達(dá)到0.6c，則火箭上的人看到的鐵路的長度又是多少？答案：100km80km解析：當(dāng)火箭速度較低時，長度基本不變，還是100km.當(dāng)火箭的速度達(dá)到0.6c時，由相對論長度公式l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2)，代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得l＝100×eq\r(1－0.62)km＝80km.9．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a)，而后又飛回地球．依據(jù)A在地球上的觀測，大角星離地球有36光年遠(yuǎn)，這次B來回飛行經(jīng)驗時間為80年．假如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？ 答案：A的年齡為100歲，B的年齡為54.9歲．解析：設(shè)B在飛船慣性系中經(jīng)驗的時間為Δτ，依據(jù)鐘慢效應(yīng)得Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2))即80＝eq\f(Δτ,\r(1－0.92))，解得Δτ≈34.9年，所以B回到地球時的年齡為20＋34.9＝54.9歲，此時A的年齡為20＋80＝100歲．10．(1)以8×103m/s的速度運(yùn)行的人造衛(wèi)星上一只完好的手表走過1min，地面上的人認(rèn)為它走過這1min“實際”上花去的時間是多少？(2)若衛(wèi)星以0.9c(c為真空中的光速)的速度在太空中飛行，其中一只完好的手表走過了1min，地面上的人認(rèn)為它走過這1min“實際”上花去的時間為多少？(3)若衛(wèi)星以0.9c的速度在太空中飛行，地面上的視察者看到衛(wèi)星上有一只完好的手表走過了1min，則衛(wèi)星上的視察者認(rèn)為這只手表已經(jīng)走過了多少時間？答案：(1)(1＋3.6×10－10)min(2)2.3min(3)0.436min解析：(1)衛(wèi)星上觀測到的時間為Δt′＝1min，衛(wèi)星運(yùn)動的速度為v＝8×103m/s，所以地面上觀測到的時間為Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v,c)2))≈(1＋3.6×