新教材高中物理万有引力与宇宙航行5相对论时空观与牛顿力学的局限性课时分层作业（含解析）新人教版必修

02/303/3/课时分层作业(十二)相对论时空观与牛顿力学的局限性(建议用时：25分钟)◎考点一相对论时空观的理解1．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方向接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光时，列车上的观察者看到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C[因列车沿AC方向接近光速行驶，故它靠近C远离A，所以光由B出发后，C的反射光先到达列车上的观察者，可知观察到C先被照亮，故C正确。]2．(多选)下列说法符合狭义相对论的假设的是()A．在不同的惯性参考系中，一切力学规律都是相同的B．在不同的惯性参考系中，物理规律一般是不同的C．在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是相同的D．在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是不同的AC[在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确，B错误；在不同的惯性参考系中，真空中的光速不变，选项C正确，D错误。]3．(多选)在狭义相对论中，下列说法正确的是()A．所有惯性参考系中基本规律都是相同的B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关C．在不同惯性参考系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态而改变AB[根据相对论的观点，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；在一切惯性参考系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态而改变。故选项A、B正确。]4．如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭A是迎着光行驶的，火箭B是“追赶”光的，若火箭相对于地面的速度为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为()A．c＋vc－v B．c－vc＋vC．cc D．无法确定C[根据光速不变原理，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，因此在火箭A、B两个惯性参考系中，观察者测量到的光速一样大，均为c，故C正确。]5．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8c的速度沿平行于y轴方向运动，观察到钟的面积为S′。则S和S′的大小关系是()A．S＞S′ B．S＝S′C．S＜S′ D．无法判断A[观察者B以0.8倍光速沿平行于y轴方向运动，根据狭义相对论的长度收缩效应可知，B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小，而沿z轴方向的直径不变，钟的面积比地面上静止的观察者观察到的面积要小，即S＞S′，故A正确。]◎考点二牛顿力学的局限性6．牛顿运动定律不适用于下列哪种情况()A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟十号”飞船的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线A[牛顿运动定律属于牛顿力学的研究范畴，适用于宏观低速运动的物体，并注意到低速和高速的标准是相对于光速而言的，可判定牛顿运动定律适用于B、C、D中描述的运动，而A中情况不适用，故A正确。]7．(多选)关于经典力学理论，下列说法正确的是()A．经典力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础B．经典力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的C．经典力学具有丰富的理论成果，也建立了验证科学的方法体系D．当物体运动速度很大(v→c)、引力很强、活动空间很小(微观)时，经典力学理论所得的结果与实验结果之间符合得很好ABC[经典力学理论的建立历程曲折，成果显着，是物理学、天文学及现代工程技术的理论基础，但也存在一些局限性，当物体运动速度很大(v→c)、引力很强、活动空间很小(微观)时，经典力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差，选项A、B、C正确，D错误。](建议用时：10分钟)8．假设地面上有一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D[取路旁的人为惯性参考系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选项D正确。]9．如图所示，假设一根10m长的梭镖以光速穿过一根10m长的管子，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．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D．所有这些都与观察者的运动情况有关D[如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全在管子内部。然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子，故D正确，A、B、C错误。]10．“世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关。根据爱因斯坦的理论，一把米尺，在它与观察者有不同相对速度(沿尺长方向)的情况下，米尺长度是不同的，它们之间的关系如图所示。由此可知，当米尺和观察者的相对速度达到0.8c(c为光速)时，米尺的长度大约为________m。在日常生活中，我们无法观察到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动