2023-2024学年高中物理人教版（2019）必修第二册课后习题 第七章 相对论时空观与牛顿力学的局限性（含答案）

5相对论时空观与牛顿力学的局限性

A级必备知识基础练

1.（2021山西太原高一期末）按照相对论的时空观，下列说法正确的是（）

A.时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的

B.在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的

C.运动物体的长度跟物体的运动快慢无关

D.在高速运动的飞机上，原子钟的计时会变快

2.（2021江苏阜宁高一期中）如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光飞行的;火箭A是“迎

着“光飞行的。若火箭相对地面的速度均为％则两火箭上的观察者测出的光速分别为（）

三05

A.c+v,c-v

B.c,c

C.c-v,c+v

D.无法确定

3.假设地面上有一列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

4.（2021江苏无锡高一期末）如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v（v

接近光速c）o地面上测得它们相距为L,根据相对论时空观，则A测得两飞船间的距离（）

--V►--V►

飞^5飞船力

A.大于L

B.等于L

C.小于L

D.与v无关

5.（2021江苏常熟高一期中）惯性系S中有一边长为L的立方体,从相对S系沿x方向以接近光速匀速

飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（）

7Lx二：7l

6.如果飞船以0.75c的速度从你身边飞过，飞船上的人看飞船上的一个灯亮了10min,你观测到这个灯

亮的时间约为多少？

7.一枚静止时长30m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过，则火箭上的人测得火箭的长度为多

少?观察者测得火箭的长度为多少？

B级关键能力提升练

8.（多选X2021福建莆田高一期中）以下说法正确的是（）

A.经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子

B.相对论与量子力学否定了经典力学理论

C.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变

D.经典力学理论具有一定的局限性

9.（多选）下列关于经典力学、狭义相对论和量子力学的说法正确的是（）

A.牛顿运动定律不适用于研究天间一号探测器的发射

B.经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形

C.狭义相对论和量子力学的出现彻底否定了经典力学

D.真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的

10.如图所示,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（）

ABC

PW叫邛

A.同时被照亮B.A先被照亮

C.C先被照亮D.无法判断

11.在一个高速旋转的巨大转盘上放置三个完全相同的时钟放在转轴处方放在中间,c放在边缘处,

如图所示。对于地面上的观察者，根据相对论认为三个时钟的快慢情况，下列说法正确的是（）

A.a钟最快力、c钟一样慢

B.a钟最慢,b、c钟一样快

C.a钟最快,c钟最慢

D.a钟最慢,c钟最快

12.（2021江苏徐州高一期末）如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为9m,教室中间位置有一光

源。有一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为c,飞行器中的飞行员认为（）

前后

A.教室中的时钟变快

B.教室的长度大于9m

C.从光源发出的光先到达教室后壁

D.光源发出的光晌后的速度小于c

13.如果航天员以接近于光速的速度朝某一星体飞行，如图所示。下列说法正确的是（）

☆。

A.航天员根据自己的质量在增加发觉自己在运动

B.航天员根据自己的心脏跳动在慢下来发觉自己在运动

C.航天员根据自己在变小发觉自己在运动

D.航天员永远不能由自身的变化知道自己的速度

5相对论时空观与牛顿力学的局限性

1.B相对论的时空观认为时间和空间与物体及其运动都有关系，故A错误;相对论的时空观认

为在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的，故B正确湘对论的时空观认为运动物体的

长度跟物体的运动快慢有关，故C错误;相对论的时空观认为在高速运动的飞机上，原子钟的计时

会变慢，故D错误。

2.B根据狭义相对论的观点，光速不变,即光速的大小与观察者的运动无关，所以两火箭上的观

察者测出的光速都是c,故选B„

3.D由公式/=/o卜取可知,在运动方向上，人的宽度要减小,在垂直于运动方向上，人的高度不

变。

4.A根据L=Lo为在相对静止参考系中的长度I为在相对运动参考系中的长度，地面

上测得它们相距为L,是以高速飞船为参考系，而A测得的长度为以静止参考系的长度，大于L。

故选A。

5.D根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向正方形边长不变。故选D。

6.答案约15min

解析设观测灯亮的时间为工，则

7.答案30m24m

解析一枚静止时长30m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过，根据狭义相对论得火箭上

的人测得火箭的长度为30mo根据长度收缩效应得观察者测得火箭的长度1=24

mo

8.CD经典力学理论适用于宏观物体,不适用于微观粒子,A错误;相对论并没有否定经典力学，

而是在其基础上发展起来的，有各自的成立范围,B错误;在相对论中,物体的质量随运动状态而改

变，在经典力学中，物体的质量与运动状态无关,C正确;经典力学理论具有一定的局限性,对高速

微观粒子不适用,D正确。

9.BD牛顿运动定律属于经典力学的研究范畴,适用于宏观、低速运动的物体，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研究天问一号探测器的发射,A错误;相对论

和量子力学的出现,并没有否定经典力学，经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形,B

正确,C错误；根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的,D

正确。

10.C列车上观测者以列车为参考系，铁塔A、B、C沿C4方向以接近光速运动，根据光速不变

原理，铁塔发出的闪光向A和C均以光速c传播，而A是远离光线运动,C是向着光线运动，在

列车上的观测者看来，光传播到A的距离长一些，传播到C的距离短些，所以光线先传播到C,即

铁塔C先被照亮，选项C正确。

ll.C根据公式加二1^亏地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对观察者的速度最大力

两

钟比C钟快一■些，而4钟最快，选项C正确。

12.C根据爱因斯坦的相对论，可知飞行器中的飞行员认为看到教室中的时钟变慢，教室的长度

变短，即长度小于9m,选项A