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测试题

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性课后练习

1．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

2．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB，在地面上的人观察到的结果正确的是（　　）

A．火箭A上的时钟走得最快 B．地面上的时钟走得最快

C．火箭B上的时钟走得最快 D．火箭B上的时钟走得最慢

3．下列关于经典力学的说法正确的是（　　）

A．经典力学适用于宏观、低速（远小于光速）运动的物体

B．经典力学适用于微观、高速（接近光速）运动的粒子

C．相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了

D．经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此任何情况下都适用

4．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　)

A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c

5．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是(  )

A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了

B．弟弟思念哥哥而加速生长了

C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢

D．这是神话，科学无法解释

6．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（　　）

A．同时被照亮 B．A先被照亮

C．C先被照亮 D．无法判断

7．如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC，对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是（　　）

A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢

C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快

8．下列说法中属于牛顿力学时空观的观点的是（　　）

A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化

B．时间和空间不依赖人们的意识而存在

C．时间和空间是绝对的

D．时间和空间是紧密联系、不可分割的

9．下列说法中正确的是（ ）

A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的

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．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义

10．下列适用经典力学规律的是（　　）

A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动

B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船

C．以接近光速飞行的μ子的运动

D．地壳的变动

11．甲、乙两人站在地面上时身高都是L0， 甲、乙分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为光速）的飞船同向运动，如图所示。此时乙观察到甲的身高L___L0；若甲向乙挥手，动作时间为t0，乙观察到甲动作时间为t1，则t1___t0（均选填“>”、“ =” 或“<”）。

12．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0.75c（c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______。

13．来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线，μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，按常理，μ子不可能穿过高度大于100 km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子。则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命___________（选填“大于”“等于”或“小于”）3.0 μs。如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度___________（选填“大于”“等于”或“小于”） 100 km；如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速___________（选填“大于”“等于”或“小于”）c。

参考答案

1．D

【详解】

由l＝l0可知路旁的人观察列车里的人，在运动方向上变短，好像人变瘦了．但垂直运动方向的长度，即身高不变。

故选D．

2．B

【详解】

由

Δt＝

知，地面上的人观察到的结果为：A、B两火箭上的时钟都变慢了，又vA＞vB，则A火箭上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快，因此B正确，ACD错误。

故选B。

3．A

【详解】

AB．经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A正确，B错误；

C．相对论与量子力学并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围。故C错误；

D．经典力学仅是它在低速、宏观、弱引力时的适用，故D错误。

故选A。

4．D

【详解】

根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变．所以壮壮观测到该光束的传播速度为c。

故选D．

5．C

【详解】

上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是20世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢．

故选C．

6．C

【详解】

因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件发生，后边的事件后发生可知C先被照亮。

故选C。

7．C

【详解】

A放在地面上，在地面上的人看来，A钟没有变化，B、C两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，B、C变慢，由于vB＜vC，C钟比B钟更慢，所以A钟最快，C钟最慢。

故选C。

8．ABC

【详解】

牛顿力学时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，而相对论时空观认为时间和空间是紧密联系、不可分割的，故ABC正确，D错误。

故选ABC。

9．AC

【详解】

A．牛顿运动定律是经典力学的基础，A正确；
BC．经典力学只适用于低速宏观的物体，B错误、C正确；
D．相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，D错误。
故选AC。

10．ABD

【详解】

ABD．自行车、汽车、火车、飞机、导弹、卫星、宇宙飞船和地壳的运动均属于宏观、低速的问题，经典力学能适用，故ABD正确；

C．速度接近光速时，根据爱因斯坦相对论，会出现时间延长、空间缩短、质量增加等效应，不能用经典物理去解释，故C错误。

故选ABD。

11．＝；＞

【详解】

[1][2]身高L=L0，因为人是垂直于物体速度方向的，没有尺缩效应；根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙的钟要更慢一点（相对于甲），t1＞t0。

12．4：00；3：40   

【详解】

[1]在乙星球的观察者看来，飞船飞越的时间为

t=s≈3600s=1h

所以，飞船内的人看到乙星球上的钟指到4：00整

[2]在飞船内的观察者看来，飞船飞越的时间t′为

t′=t≈0.66h≈40min

所以，飞船内的人看到飞船上的钟指到3：40

13．大于；小于； 等于   

【详解】

[1]μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。

[2]根据长度收缩效应得，如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度小于100 km。

[3]根据光速不变原理得，如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c。