【讲与练】高中物理人教版(2019)必修2：7.5 相对论时空观与牛顿力学局限性提能作业习题

第七章5．相对论时空观与牛顿力学局限性合格考训练1．(2022·徐州高一统考期末)物理学的发展推动了社会的进步。下列关于物理学的一些重大事件和科学方法，说法正确的是(A)A．伽利略把科学实验与逻辑推理相结合得到了自由落体运动规律B．牛顿采用比值定义法得到了加速度的表达式a＝eq\f(F,m)C．牛顿发现了万有引力定律，并测出了引力常量D．爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学理论，成功解决了宏观物体的高速运动问题解析：伽利略把科学实验与逻辑推理相结合得到了自由落体运动规律，故A正确；此式为牛顿第二定律，是实验定律，即物体的加速度与物体所受的合力成正比，与物体的质量成反比，并不是比值定义法，故B错误；牛顿发现了万有引力定律，而卡文迪什通过扭秤实验测出了引力常量，故C错误；爱因斯坦的相对论发展了牛顿力学理论，推动物理学发展到一个新高度，成功解决了宏观物体的高速运动问题，故D错误。故选A。2．离开地面6km高空存在某μ子源，产生的μ子以0.99c(c为真空中光速)飞向地面。已知μ子的静止寿命为3.0×10－6s。地面能收到该源的μ子，则(A)A．高速μ子的寿命大于3.0×10－6sB．高速μ子的寿命等于3.0×10－6sC．μ子参考系下观察到离地距离大于6kmD．μ子参考系下观察到离地距离等于6km解析：根据钟慢效应t＝eq\f(t0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))＝eq\f(3.0×10－6,\r(1－0.992))>t0，由此可知，高速μ子的寿命大于3.0×10－6s，故A正确，B错误；根据尺缩效应l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)<l0，由此可知，μ子参考系下观察到离地距离应小于6km，故C、D错误。故选A。3．(2023·黄浦高一期末)设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是(D)A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是eq\f(\r(5),2)cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：根据狭义相对论的两个基本假设之一：光速不变原理可知，即光在真空中沿任何方向传播速度都是c，则观察者在地面上和在飞船中观测光的速度均为c。故选D。4．(多选)对于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))，下列说法正确的是(CD)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解析：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；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；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；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。5．(多选)下列说法正确的是(AB)A．经典力学包含在相对论之中，是相对论的特例B．广义相对论是一种新的时空与引力理论C．物理学家牛顿在实验室利用扭秤装置测出了引力常量D．如果物体在地面上静止不动。任何人在任何参考系里测出的物体长度都是一样的解析：经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，A正确；广义相对论是一种新的时空与引力的理论，它能很好地解释水星近日点的旋进现象，B正确；牛顿发现了万有引力定律后，物理学家卡文迪许利用扭秤装置比较精确地测出了引力常量，C错误；根据狭义相对论的相对性原理，在不同的参考系中，测量的物体的长度不一定相同，D错误。故选AB。6．(2022·郑州外国语学校高一阶段练习)下列对经典力学的说法中，不正确的是(D)A．牛顿建立了经典力学的理论体系B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象D．相对论和量子理论完全否定了经典力学解析：牛顿建立了经典力学的理论体系，A正确，不符合题意；用经典力学能够解释高速列车的运动规律，因为高速列车的速度远低于光速，B正确，不符合题意；经典力学不适合微观高速，所以用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象，C正确，不符合题意；相对论和量子理论没有否定经典力学，D错误，符合题意。故选D。7．(多选)如图甲所示，质子束被加速到接近光速；如图乙所示，中子星是质量、密度非常大的星体。下列说法正确的是(BD)A．牛顿力学适用于质子束的运动规律B．牛顿力学不适用于质子束的运动规律C．牛顿力学适用于中子星的引力规律D．牛顿力学不适用于中子星的引力规律解析：牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动规律，不适用于质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律。故选BD。8．(2022·周口高一期末)关于物理学相关知识，下列叙述中正确的是(C)A．小船渡河时因水流速度忽然增大而缩短了渡河的时间B．伽利略经过长期的观察与计算，发现了行星运动的规律C．狭义相对论以两个基本假设为前提：相对性原理和光速不变原理D．通过万有引力定律计算可知，只要适当调整高度，广州上空也可能存在同步卫星解析：将小船渡河的运动分解为沿河岸的运动和垂直河岸的运动，根据运动的独立性和等时性可知水流速度忽然增大不影响垂直河岸的运动，则渡河的时间不变，故A错误；第谷经过长期的观察得到行星运动的数据，开普勒根据数据分析，发现了行星运动的规律，故B错误；爱因斯坦的狭义相对论以两个基本假设为前提：相对性原理和光速不变原理，故C正确；地球同步卫星的周期为24h，高度一定为36000km，转动方向为自西向东，定点在赤道上方，而广州在北纬22°，故广州上空不可能存在同步卫星，故D错误。故选C。等级考训练9．(2023·漳州高一期末)一艘太空飞船以0.6c(c为光速)的速度飞向地球，下列说法正确的是(B)A．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于1.6cB．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于cC．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于1.6D．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于0.4c解析：根据爱因斯坦的狭义相对论有关光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度也等于c，故A、C、D错误，B正确。故选B。10．(2022·自贡高一期末)下列关于狭义相对论的两个基本假设的说法中正确的是(A)A．爱因斯坦相对性原理是狭义相对论的两个基本假设之一B．质量增大是狭义相对论的两个基本假设之一C．时间延缓是狭义相对论的两个基本假设之一D．长度缩短是狭义相对论的两个基本假设之一解析：狭义相对论的两个基本假设是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，故A正确；相对论的基本假设中不包括长度缩短、时间延缓和质量增大，故B、C、D错误。故选A。11．(2022·长宁高一期末)有一艘从地球匀速飞向太空的宇宙飞船，地球上的观察者发现宇宙飞船上的钟比地球上的走得慢，则宇宙飞船上的观察者(C)A．也认为自己的钟比地球上的走得慢B．发现飞船上钟的快慢与其在地球上时确实有变化C．发现地球上的钟比飞船上的走得慢D．认为地球上观察者记录的时间不准确解析：根据钟慢效应，宇宙飞船高速飞向太空时，地球上的观察者会发现宇宙飞船上的钟比地球上的走得慢，而飞船上的人观察飞船是不运动的，所以飞船上的时钟没有变慢，正常走时；而飞船相对地球是运动的，则飞船上的观察者观察到地球上时间进程变慢了，即发现地球上的钟比飞船上的走得慢，则选项A、B、D错误，C正确。故选C。12．(2022·广东实验中学高一期末)下列说法中正确的是(B)A．牛顿测出了引力常量，他被称为“称量地球质量”第一人B．相对论时空观认为物体的长度会因物体的速度不同而不同C．所有行星的轨道半长轴跟公转周期的三次方的比值都相同D．丹麦天文学家第谷经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点解析：卡文迪什测出了引力常量，他被称为“称量地球质量”第一人，故A错误；相对论时空观认为物体的长度会因物体的速度不同而不同，故B正确；绕同一恒星运转的所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相同，故C错误；哥白尼提出了“日心说”的观点，故D错误。故选B。13．(2023·徐州高一期中)如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为10m。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者(B)A．测得照到前壁的光速度小于cB．观测到飞船上的时间进程比教室快C．测得教室的长度大于10mD．观察到光先到达后壁解析：根据光速不变原理，测得照到前壁的光速等于c，观察到光同时到达前壁和后壁，A、D错误；根据相对论原理，测得教室的长度小于10m，C错误；根据相对论原理，观测到飞船上的时间进程比教室快，B正确。故选B。14．(多选)(2023·宿迁高一期中)1905年到1915年间，爱因斯坦先后发表的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由牛顿创立的有200年历史的力学理论。狭义相对论适用于基本粒子及其相互作用，描述了除引力以外的所有物理现象。广义相对论解释了引力定律及其与其他自然力的关系，适用于宇宙学和天体物理学领域，包括天文学。下列有关相对论的内容，说法不正确的是(BD)A．狭义相对论的两条基本假设是相对性原理与光速不变原理B．飞船以0.2c的速度航行，若飞船向正前方的某一星球发射激光，则该星球上的观察者测量到的激光速度为1.2cC．牛顿力学是相对论在宏观、低速(与光速相比)情况下的特例D．已知μ子低速运动时的平均寿命是3.0μs。当它以0.99c的速度飞行，若以μ子为参考系，此时μ子的平均寿命变长解析：狭义相对论的两条基本假设是相对性原理和光速不变原理，A正确；根据狭义相对论的假设，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在任何地方的光速都是c，B错误；牛顿力学是相对论在宏观、低速(与光速相比)情况下的特例，C正确；当μ子以0.99c的速度飞行，若以μ子为参考系，此时μ子的平均寿命不变，但对于地面上的观察者来说，平均寿命变长，D错误；故选BD。15．(多选)关于相对论及相关问题，下列说法正确的是(AC)A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化D．按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速解析：狭义相对论认为一切物理定律(除引力外的力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律)在所