高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性优秀课时训练

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性同步练习-高中物理人教版（新课标)必修二

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）

1. 下列说法正确的是

A. 牛顿定律适合于解决宏观、低速的物体运动问题
B. 在真空中相对于不同的惯性参考系光速是不同的
C. 在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的快
D. 在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度大

2. 下列说法符合史实的是

A. 开普勒在牛顿定律的基础上，总结出了行星运动的规律
B. 卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量
C. 牛顿建立的经典力学可以解决自然界中所有的问题
D. “和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短

3. 关于经典力学，下列说法正确的是

A. 经典力学在宏观低速中仍适用
B. 相对论及量子力学的出现是对经典力学的否定
C. 经典力学取得了巨大的成就，所以经典力学是普遍适用的
D. 由于相对论及量子力学的提出，经典力学已经失去了它的作用

4. 关于经典力学，下列说法中正确的是

A. 相对论与量子力学否定了经典力学理论
B. 经典力学可以解决自然界中所有的问题
C. 经典力学适用于微观领域质子、电子的运动
D. 经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动

5. 关于经典力学，下列说法中正确的是

A. 经典力学的基础是牛顿运动定律
B. 经典力学在任何情况下都适用
C. 当物体的速度接近光速时，经典力学仍然适用
D. 相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义

6. 下列说法不正确的是

A. 经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的
B. 相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C. 经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题
D. 当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别

7. 关于经典力学，下列说法正确的是

A. 经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B. 在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变
C. 经典力学理论具有一定的局限性
D. 相对论与量子力学否定了经典力学

8. 关于经典力学，下列说法中错误的是

A. 经典力学的基础是牛顿运动定律
B. 经典力学在任何情况下都适用
C. 当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了
D. 相对论和量子力学并没有否定经典力学

9. 美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在．引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性．关于经典力学，下列说法正确的是   

A. 经典力学完全适用于宏观低速运动
B. 经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C. 随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D. 由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值

10. 经典力学不能适用于下列哪些运动的研究     

A. 火箭的发射 B. 宇宙飞船绕地球的运动
C. “勇气号”宇宙探测器的运动 D. 以倍光速运行的电子束

二、填空题（本大题共5小题，共20.0分）

11. 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接近光速地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________选填“大于”“等于”或“小于”当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．

12. 从牛顿力学到相对论的发展表明，任何理论都不是______的，随着知识的积累，认识范围的拓展和深化，物理学总是不断______、发展、前进的。
13. 运动时钟会变慢的相对论效应在实验室中得到验证。介子是一种不稳定的微观粒子，它相对于实验室静止时的平均寿命为。若实验室中产生的介子的速率是cc为光速，根据运动时钟会变慢的效应，在实验室中测得高速运动的介子的平均寿命应是___________。
14. 设想飞船在甲、乙两个相距8亿千米的星球间飞行，甲、乙两星球及飞船上各有一个巨大的钟，现飞船相对星球以是真空中光速的速度离开甲星球飞向乙星球，飞船经过甲星球时，三个钟均调整指到3：00整。则当飞船飞过乙星球的瞬间，飞船内的人看到乙星球上的钟指向的时间为______ ，看到飞船上的钟指向的时间为______ 。
15. 如下图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为接近光速地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________选填“大于”“等于”或“小于”当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．

三、简答题（本大题共2小题，共6.0分）

16. 一列速度接近光速的火车静止时的长度比隧道的长度大经过隧道时，站在地面上的人还看到两个闪电同时击中隧道的两端，但由于“动尺变短”效应，站在隧道旁边的人看到火车完全进入了隧道，刚好不会被闪电击中。但是，站在车上的人看到的却是隧道变得更短，不可能完全遮住整列火车，那么他看到的闪电会不会击中火车呢？
    
    
    
    
    
    
     
17. 经典力学是许多科学家经过长期的艰苦探索才形成的理论体系。科学巨匠牛顿有句名言：“我之所以比别人看得更远，是因为站在巨人的肩膀上。”回顾经典力学的发展历程，除牛顿以外，你还能说出哪些科学巨匠对经典力学的发展产生了重要影响他们对经典力学的主要贡献是什么
    
    
    
    
    
    
     

四、计算题（本大题共2小题，共20.0分）

18. 一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活．若甲回来时30岁，乙这时是多少岁？已知飞船速度
    
    
    
    
    
    
     
19. 地面上长的铁路上空有一火箭沿铁路方向以的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？
    
    
    
    
    
    
    
    

答案和解析

1.【答案】A
 

【解析】

【分析】
1、狭义相对论的两个基本假设： 
物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，这叫做相对性原理； 
在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫光速不变原理；它告诉我们光在真空中的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度。 
2、狭义相对论的几个重要的效应： 
钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了； 
尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点；
质量变大：质量或能量并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大。
【解答】
A.牛顿定律是经典物理学的基础，仅适用于低速、宏观领域，故A正确；
B.根据狭义相对论可知，在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫光速不变原理，故B错误；
C. 根据狭义相对论的钟慢效应可知，在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的慢，故C错误；
D.根据狭义相对论的尺缩效应可知，在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度小，故D错误。
故选A。  

2.【答案】B
 

【解析】

【分析】
根据物理学史和牛顿运动定律的适用范围及根据长度的相对性原理分析。
本题考查的是物理学史的基础题目，注意靠平时的积累。
【解答】
A.开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，但并未找出了行星按照这些规律运动的原因；牛顿在开普勒行星运动定律的基础上推导出万有引力定律，故A错误；
B.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，故B正确；
C.牛顿运动定律不适用于微观高速物体，故C错误；
D.“和谐号”动车组高速行驶时，其速度远远小于光速，则不会出现沿车厢长度明显变短的现象，故D错误。
故选B。  

3.【答案】A
 

【解析】

【分析】
对于各种理论结果，我们在学习的时候要了解其发现背景，注意其适用范围，然后在应用的时候要先验证适用条件。
根据经典力学、相对论及量子力学适用范围来判断。
【解答】
经典力学，一般也可称作牛顿力学，适用于宏观低速情况下；而相对论适用于高速接近光速情况下，量子力学则适用于微观情况下；

故他们的使用并不互相干涉，并不能被取代而失去作用；

经典力学是普遍使用的，是因为其科学性，并不取决于其成就，故A正确，BCD错误；

故选A。

4.【答案】D
 

【解析】

【分析】
本题主要考查了相对论和经典力学之间的区别与联系，知道经典力学的适用范围是解答本题的关键。
经典力学适用于低速运动的宏观物体，不适用于微观粒子和高速运动的物体。
【解答】
A.相对论与量子力学并不否定经典力学理论，经典力学是相对论在低速即物体的速度远远小于光速的条件下的近似。故A错误。

B.经典力学不能解决自然界中微观粒子以及高速运动的问题。故B错误。

C.经典力学不适用于微观领域质子、电子的运动，量子力学适用于微观粒子，故C错误。

D.经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船等宏观、低速运动的物体，故D正确。

故选D。

5.【答案】A
 

【解析】

【分析】
本题主要考查了狭义相对论和经典力学之间的区别与联系，知道经典力学的适用范围是解答本题的关键。
经典力学是狭义相对论在低速即物体的速度远远小于光速的条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于量子力学和狭义相对论。
【解答】
A.牛顿运动定律是经典力学的基础，故A正确；

B.经典力学适用于宏观、低速、弱引力的情况，不适用高速微观的粒子，故B错误；

C.根据经典力学适用的范围可知，当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用，故C错误；

D.相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，而是进一步完善，故D错误。

故选A。

6.【答案】D
 

【解析】

【分析】
本题考查狭义相对论的两个原理和基本结论，熟记并理解它，可以解决所有关于狭义相对论的问题．
1、狭义相对论的两个基本假设：物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．这叫做相对性原理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值这叫光速不变原理．它告诉我们光在真空中的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度．2、狭义相对论的几个重要的效应：钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．质量变大：质量或能量并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大．
【解答】
A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A正确；

B.相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同。故B正确；

C.经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动相对于光速的问题，故C正确；

D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，故经典力学是适用的，故D不正确；

本题选择不正确的，故选D。

7.【答案】C
 

【解析】

【分析】
本题考查了经典力学的局限性，要明确经典力学与相对论力学、量子力学的关系，知道经典力学并不是完全错误的，只是有一定的局限性．
经典力学理论有局限性，对高速移动和微观粒子不适用，高速移动用相对论解释，微观粒子的运动用量子力学解释．
【解答】
经典力学理论有局限性，对高速移动和微观粒子不适用，故A错误，C正确；

B.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，但在相对论中质量是随速度的改变而改变的，故B错误；

D.相对论和量子力学并没有否定经典力学理论，经典力学理论是相对论在低速情况下和量子力学在宏观世界中的特殊情形。故D错误；

故选C。

8.【答案】B
 

【解析】

【分析】
本题主要考查了狭义相对论和经典力学之间的区别与联系，如果理解不深，就很容易出错．
经典力学是狭义相对论在低速即物体的速度远远小于光速的条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于量子力学和狭义相对论．
【解答】
A.牛顿运动定律是经典力学的基础，故A正确；

B.经典力学适用于宏观、低速、弱引力的情况，不适用高速微观的粒子，故B错误；

C.根据经典力学适用的范围可知，当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用，故C正确；

D.相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，而是进一步完善，故D正确。

本题选错误的，故选B。

9.【答案】A
 

【解析】

【分析】
经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学．明确经典力学具有一定的局限性，但并不是完全没有了使用价值．
【解答】
A、经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，故A正确；

B、经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误

C、相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形；故CD错误；

故选A。

10.【答案】D
 

【解析】

【分析】
本题考查了经典力学的局限性，经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论。
【解答】
火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、宇宙探测器的运动都属低速，经典力学能适用。
对于高速微观的情形经典力学不适用，故对以倍光速运行的电子束不适用；
故选D。  

11.【答案】大于；c
 

【解析】

【分析】
本题考查狭义相对论的知识。
根据长度的相对性的关系式和光速不变原理。
【解答】
根据长度的相对性的关系式，A测得两飞船间的距离大于地面上测得的距离L；
根据狭义相对论的光速不变原理，当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为c。
故填：大于；c。  

12.【答案】绝对  创新
 

【解析】解：从牛顿力学到相对论的发展表明，任何理论都不是绝对的，随着知识的积累，认识范围的拓展和深化，物理学总是不断创新、发展、前进的。
故答案为：绝对；创新。
任何理论都有其适用范围，都不是绝对的，应坚持创新、发展。
学科与技术是不断前进的，不是绝对的，应坚持创新与发展。
 

13.【答案】
 

【解析】略
 

14.【答案】4：00  3：40
 

【解析】解：在乙星球的观察者看来，飞船飞越的时间为：
   h
所以，飞船内的人看到乙星球上的钟指到4：00整。
在飞船内的观察者看来，飞船飞越的时间为：
   min
所以，飞船内的人看到飞船上的钟指到3：40。
故答案为：4：00；3：40。
由狭义相对论中的时间延缓效应进行解答。
本题主要考查了考生对于狭义相对论中时间延缓效应的理解和运用，难度较低。
 

15.【答案】大于；   或光速。
 

【解析】

【分析】
本题考查了相对论等知识点，难度不大。根据长度的相对性判断两飞船间的距离，根据光速不变原理判断A测得该信号的速度．
【解答】
从飞船A测量时飞船B是静止的，从地面上测量时两飞船都是运动的，由相对论的“长度收缩效应”知运动长度要缩短，故从地面测得的飞船间距小．由光速不变原理知光信号的传播速度与参考系是无关的，故A测得该信号的速度仍为光速c．
故填：大于；    或光速。  

16.【答案】不会，因为站在隧道旁的人看到两个闪电是同时发生的，但站在火车里面的人看到的两个闪电却不是同时发生的，他看到的现象是：在火车前面的闪电先发生，经过一段时间后，火车后面的闪电才发生，而在这个时间间隔里面，列车已经前进了一段距离，所以车尾也不会被闪电击中。
 

【解析】

【分析】
该题考查相对论相关知识。熟知“动尺变短”效应原理是解决本题的关键。
根据相对论原理结合题中信息分析解题即可。
【解答】
站在隧道旁的人看到两个闪电是同时发生的，但站在火车里面的人看到的两个闪电却不是同时发生的，他看到的现象是：在火车前面的闪电先发生，经过一段时间后，火车后面的闪电才发生，而在这个时间间隔里面，列车已经前进了一段距离，所以车尾也不会被闪电击中。  

17.【答案】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；经典力学的基础是牛顿运动定律，但不只包含牛顿定律，牛顿运动定律能够解决宏观物体的低速运动问题，在生产、生活及科技方面起着重要作用；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．
 

【解析】略
 

18.【答案】解：已知飞船观察者甲经时间年，地面上的观察者乙经过的时间为：。
答：乙这时是60岁。
 

【解析】由爱因斯坦时间间隔相对性公式即可求解。
掌握时间间隔相对性公式是正确求解的关键。
 

19.【答案】解：当火箭速度较低时，长度基本不变，还是。  当火箭的速度达到时，由相对长度公式  代入相应的数据得：。
 

【解析】“长度”具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小，与杆相对静止的人认为杆长为，与杆相对运动的人
认为杆长是l，那么两者之间的关系是
当火箭速度较低时，铁路长度基本不变根据相对论长度公式分析当火箭的速度达到时，火箭上的人看到的铁路的长度。