高中物理5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课后练习题

这是一份高中物理5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课后练习题，共6页。试卷主要包含了关于牛顿力学，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
1.关于牛顿力学，下列说法正确的是( )
A.仅适用于微观粒子的运动
B.适用于宏观物体的低速运动
C.牛顿力学中，物体的质量与其运动速度有关
D.牛顿力学中，物体的长度与其运动速度有关
2.关于牛顿力学和量子力学，下列说法正确的是( )
A.不论是对宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的
B.量子力学适用于宏观物体的运动，牛顿力学适用于微观粒子的运动
C.牛顿力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动
D.上述说法都是错误的
3.关于牛顿力学的局限性，下列说法正确的是( )
A.火车提速后，有关速度问题不能用牛顿力学来处理
B.由于牛顿力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论力学来解决
C.牛顿力学适用于宏观低速运动的物体
D.牛顿力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体
4.下列物体的运动不能用牛顿力学描述的是( )
A.飞机的飞行
B.人造卫星的运行
C.小汽车的行驶
D.光子的运动
5.人类在探索自然规律的进程中总结了许多科学方法，如分析归纳法、演绎法、等效替代法、控制变量法、理想实验法等。在下列研究中，运用理想实验法进行研究的是( )
A.牛顿发现了万有引力定律
B.伽利略得出力不是维持物体运动的原因
C.爱因斯坦提出相对论
D.普朗克提出量子论
6.牛顿力学规律不适用于下列运动的是( )
A.子弹的飞行
B.飞船绕地球的运行
C.列车的运行
D.粒子接近光速的运动
7.物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是( )
A.卡文迪什发现了万有引力定律
B.牛顿通过实验证实了万有引力定律
C.相对论的创立表明牛顿力学已不再适用
D.爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域
8.关于牛顿力学与狭义相对论，下列说法正确的是( )
A.狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
B.狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
C.牛顿力学研究的是微观物体在高速运动时所遵循的规律
D.牛顿力学研究的是宏观物体在高速运动时所遵循的规律
9.假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v=0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座α)，而后又飞回地球。根据A在地球上的观测，大角星离地球有40万光年远，这次B往返飞行经历时间为80.8年。如果B在离开地球时年龄为20岁，试问当B回到地球时，他的年龄有多大?
10.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面某处，vA>vB，在A火箭上的人观察结果正确的是( )
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
11.某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为( )
12.一张长方形宣传画长5 m、高3 m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，这张画由司机测量的图形是( )
A.边长为3 m的正方形
B.长为3 m、高为1.8 m的长方形
C.长为5 m、高为1.8 m的长方形
D.长轴为3 m、短轴为1.8 m的椭圆形
13.甲、乙、丙是三个完全相同的时钟，甲放在地球上，乙、丙分别放在两个高速运动的火箭上，以速度v乙和v丙朝同一方向远离地球飞行，v乙vB，对于在飞机上的人观察结果，下列说法正确的是( )
A.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小
B.两飞机上的人观察到足球场的长度相同
C.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同
D.A飞机上的人观察B飞机的长度和时间进程均有微小变化
16.长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了。一艘宇宙飞船的船身长度为l0=90 m，相对地面以v=0.8c的速度从一观测站的上空飞过。
(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少?
(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少?
参考答案
1.B 牛顿力学使用条件为宏观、低速，对微观、高速运动不再适用，选项A错误，B正确。在相对论力学中，物体的质量、长度与其运动速度有关；牛顿力学中，物体的质量、长度与其运动速度无关，选项C、D错误。
2.C 牛顿力学适用于低速运动、宏观物体，不适用于高速运动、微观粒子。量子力学不适用于宏观物体，适用于微观粒子，选项C正确。
3.C 牛顿力学有局限性，适用于宏观、低速运动的物体，但对于一般力学问题仍能用牛顿力学来解决，所以即使在火车提速后，有关速度问题仍能用牛顿力学来处理，选项A、B错误，C正确；牛顿力学不仅适用于像地球和太阳那样大的宏观物体，也适用于一般尺寸的宏观物体，选项D错误。
4.D 牛顿力学适用于低速、宏观的物体，选项A、B、C不符合题意，D符合题意。
5.B “牛顿发现了万有引力定律、爱因斯坦提出相对论、普朗克提出量子论”都是可以通过科学实验验证的，选项A、C、D不符合题意；“伽利略得出力不是维持物体运动的原因”则无法通过科学实验验证，只有运用理想实验法来推导，选项B符合题意。
6.D 牛顿力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动，牛顿力学能适用，选项A、B、C错误；对于微观、高速的情形牛顿力学不适用，选项D正确。
7.D 万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是卡文迪什进行的，选项A、B错误；相对论并没有否定牛顿力学，牛顿力学对于低速、宏观运动仍适用，选项C错误；狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，选项D正确。
8.B 牛顿力学的运动规律适用于低速、宏观物体，而爱因斯坦的狭义相对论适用于高速世界。
9.【答案】55.2岁
【解析】设A观察到B在飞船惯性系中经历的时间为Δt，根据钟慢效应得Δt=Δτ1-v2c2，即80.8年=Δτ1-0.92，解得Δτ=35.2年。所以B回到地球时的年龄为20+35.2=55.2(岁)。
10.A 在火箭A上的人看来，地面和火箭B都在运动，由Δt=Δτ1-vc2知，火箭A上的人观察到的结果是地面上和火箭B上的时钟都变慢了，且vA>vB，故地面上的时钟最慢，选项A正确，B、C、D错误。
11.C 根据公式l=l01-vc2，l0=5光年，l=3光年，得v=0.8c，选项C正确。
12.A 一张长方形宣传画长5 m、高3 m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，根据相对论效应l=l01-vc2，司机测量时宣传画的长度变成5×0.6 m=3 m，即图形是边长为3 m的正方形，选项A正确，B、C、D错误。
13.C 钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走得越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；甲钟放在地面上，在地面上的人看来，甲钟没有变化。乙、丙两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，乙、丙变慢，由于v乙Δτ，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物理过程所经历的时间越长。
15.ACD 由l=l01-vc2(其中l0是相对足球场静止时的长度)，可以看出，速度越大，“动尺变短”的效应越明显，选项A正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直，所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同，选项C正确；因A、B两飞机有相对运动，选项D正确。
16.【答案】(1)2.25×10−7 s
(2)3.75×10−7 s
【解析】(1)观测站测得船身的长度为
l=l01-v2c2=90×1-0.82 m=54 m
通过观测站的时间间隔为
Δt=lv=54m0.8c=2.25×10−7 s。
(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为
Δt'=l0v=90m0.8c=3.75×10−7 s。