2021学年5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课后练习题

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2020-2021学年人教版（2019）必修第二册7.5相对论时空观与牛顿力学局限性 课时作业15（含解析）  1．以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是A．低速微观强引力下的运动问题B．高速微观弱引力下的运动问题C．低速宏观弱引力下的运动问题D．高速宏观强引力下的运动问题2．在物理学发展过程中有许多伟大的科学家做出了贡献，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是（　　）A．牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭(Ra)两种新元素C．密立根通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷D．20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学同样适用于微观粒子和高速运动物体3．下列说法正确的是（   ）A．曲线运动物体的速度可能不变B．匀速圆周运动物体的合外力一定不为零C．哥白尼发现了行星运动三大定律D．经典力学适用于宏观高速物体4．关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是(　　)A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典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；经典力学适用于微观粒子的运动C．经典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5．经典力学不适用下列哪些运动（　　）A．火箭的发射 B．微观粒子的波动性C．宇宙飞船绕地球的运动 D．“勇气号宇宙探测器”6．下列说法正确的是（　　）A．伽利略通过研究第谷的观测资料，最终发现了行星运动第三定律B．海王星是根据万有引力定律的相关计算结果，预言并最终被发现的C．牛顿通过试验准确地测出了万有引力常量GD．牛顿运动定律不适用于在太空绕地球飞行的宇宙飞船7．下列说法正确的是A．牛顿发现了万有引力定律，他被称为“称量地球质量”第一人B．卡文迪许测出引力常量，让万有引力定律有了实际意义C．相对论和量子力学，否定了经典力学D．天王星是通过计算发现的新天体，被人们称为“笔尖下发现的行星” 8．下列说法正确的是（　　）A．从地面上观察，飞船上的时间进程比地面上慢B．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生衍射C．用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，这是利用多普勒效应D．做受迫振动的物体，其稳定时的振动频率不一定等于驱动力的频率E.用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象9．下列说法正确的是（___）A．一根长为L的长杆相对观察者以速度v运动时，观察者测得的长度为B．光的偏振现象说了光是一种电磁波C．无线电波的发射能力与频率有关，频率越高发射能力越弱D．一个单摆在海平面上的振动周期为T，那么将其放在某高山之巅，其振动周期一定大E.根据单摆的周期公式，在地面附近，如果L→∞，则其周期T→∞F.利用红外摄影可以不受天气（阴雨，大雾等）的影响，因为红外线比可见光波长长，更容易绕过障碍物10．下列说法中正确的是___________．A．光的偏振现象说明光是一种横波B．高速飞离地球的飞船中宇航员认为地球上的时钟变快C．只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉D．声源与观察者相对靠近时，观察者接收的频率小于声源的频率11．下列说法正确的是_____A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关B．机械波传播方向上各质点的振动周期与波源的振动周期相同C．能产生衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小D．黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因为黑洞巨大的引力使环绕其运动的物体速度超过了光速E.地面上的人观测到的一高速飞行的火箭长度要比火箭上的人观测到的要短一些12．下列说法中正确的是（　　）A．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象B．用标准平面检查光学平面的平整程度利用了光的干涉现象C．当观察者和波源间存在相对运动时一定能观察到多普勒效应现象D．在高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢13．下列有关叙述正确的是___________A．第四代移动通信系统（4G）采用1880MHz—2690MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是非均匀变化的B．狭义相对论的时间效应，可通过卫星上的时钟与地面上的时钟对比进行验证，高速运行的卫星上的人会认为地球上时钟变快C．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关D．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接受，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法应用的是共振原理E.泊松亮斑的发现有力地支持了光的波动学说，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象14．下列说法正确的是A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．当物体运动速度很大(接近光速)时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狹义相对论中，物体的质量随物体速度增大而减小D．牛顿的引力理论不能用于中子星表面15．下列说法正确的是A．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率都会发生变化B．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．变化的电场可能产生变化的磁场16．下面的说法正确的是（　　）A．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关B．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高C．根据狭义相对论的原理知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的D．利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离  17．狭义相对论认为时间和空间与物质的_________（填“质量”或“速度”）有关；在高速前进中的列车的中点处，某乘客突然按下手电筒，使其发出一道闪光，该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等，都为c，站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度_________（填“相等”或“不等”）． 18．如果真空中的光速为c＝3.0×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108m/s时，质量为3  kg.当它的速度为1.8×108m/s时，质量为多少？
参考答案1．C【详解】经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学只适用于宏观世界，低速运动，和弱引力下运动的问题．故C正确，ABD错误．故选C．【点睛】经典力学是狭义相对论在低速（v远小于c）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、高速物体适用于狭义相对论．2．B【详解】A．伽利略最早指出力不是维持物体运动的原因，A错误；B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭(Ra)两种新元素，B正确；C．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，C错误；D．经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体，但对低速、宏观的物体仍然可以使用，D错误。故选B。3．B【解析】曲线运动物体的速度方向一定变化，则速度一定是变化的，选项A错误；匀速圆周运动物体的加速度不为零，则合外力一定不为零，选项B正确；开普勒发现了行星运动三大定律，选项C错误；经典力学适用于宏观低速物体，选项D错误；故选B.4．C【详解】A.经典力学适用于宏观世界和低速运动，对于微观世界和高速运动不再适用，故A错误；BCD.经典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，故BD错误，C正确．5．B【解析】火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、“勇气号”宇宙探测器的运动都属低速，经典力学能适用．对于微观的情形经典力学不适用，故B正确，ACD错误．6．B【详解】A、开普勒通过研究第谷的观测资料，最终发现了行星运动第三定律，故A错误．B、海王星是根据万有引力定律的相关计算结果，预言并最终被发现的，故B正确．C、卡文迪许过试验准确地测出了万有引力常量G，故C错误．D、牛顿运动定律适用于低速宏观的物体，故适用于在太空绕地球飞行的宇宙飞船，故D错误．故选B．7．B【解析】牛顿发现了万有引力定律，而卡文迪许通过实验测量并计算得出了万有引力常量，因此卡文迪许被称为“称量地球的质量”的人，故A错误，B正确；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；海王星是利用万有引力定律发现的一颗行星，被人们称为“笔尖下发现的行星”，之后又用同样方法发现了冥王星，故D错误．所以B正确，ACD错误．8．ABC【详解】A．根据狭义相对论的时空观可知，由从地面上观察，飞船上的时间进程比地面上慢，故A正确；B．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时，声波比可见光容易发生衍射，因为声波的波长比可见光长，故B正确；C．利用多普勒效应，当间距变化时，接收的频率与发出频率不相同，则可测量血流速度，故C正确；D．受迫振动的物体，其稳定时的振动频率一定等于驱动力的频率，但不一定等于固有频率，故D错误；E．检查光学面的平整程度是利用光的干涉现象，利用两平面所夹空气薄层的反射，获得频率相同的光波，从而进行相互叠加，故E错误。故选ABC。9．ADF【详解】A．沿着长杆方向，相对观察者以速度v运动时，观察者测得的长度为，故A错误；B．光的偏振现象说了光是横波，故B错误；C．无线电波的发射能力与频率成正比，频率越高发射能力越强，故C错误；D．单摆的周期公式，其放在某高山之巅，重力加速度变小，其振动周期一定大，故D正确；E．根据单摆的周期公式，在地面附近，如果L→∞，则重力加速度变化，故E错误；F．因为红外线比可见光波长长，更容易发生衍射，则容易绕过障碍物，故F正确；故选ADF．【点睛】只有沿着长杆的方向运动，长度才缩短，光的偏振说明光是横波，频率越高发射能力越强，根据周期公式，放在某高山之巅,重力加速度变化，导致周期变化，若L无穷长时，则重力加速度发生变化，当波长越长，越容易发生衍射现象，从而即可各项求解．10．AC【详解】A．光的偏振现象说明光是一种横波，故A正确；B．根据相对论可知，高速飞离地球的飞船中宇航员认为地球上的时钟是变慢的，故B错误；C．只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉，故C正确；D．根据多普勒效应知，声源与观察者相对靠近时，观察者接收的频率大于声源的频率，故D错误．故选AC．11．ABE【详解】A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期等于驱动力的周期，与单摆的固有频率无关，即与摆长无关，选项A正确；B．机械波传播方向上各质点的振动周期与波源的振动周期相同，选项B正确；C．能产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小，选项C错误；D．黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因为黑洞巨大使光无法脱离其引力范围被地球观测到．根据相对论可知，物体的速度不可能超过光速．故D错误；E．根据相对论可知，地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些，故E正确；故选ABE.12．BD【详解】A．表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的薄膜干涉现象，A错误；B．标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，B正确；C．当观察者和波源间存在相对运动时不一定能观察到多普勒效应现象，如观测者绕波源做匀速圆周运动，C错误；D．根据相对论的两个基本假设，在速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢，D正确。故选BD。13．ACE【详解】A．第四代移动通信系统(4G)采用1880MHz−2690MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是周期性变化的，是非均匀变化的，故A正确；B．狭义相对论中有运动延迟效应，即“动钟变慢”，可通过卫星上的时钟与地面上的时钟对比进行验证，高速运行的卫星上的人会认为地球上时钟变慢，故B错误；C．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期有驱动力的周期决定，与单摆的固有周期无关，故与摆长无关，故C正确；D．向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法是根据多普勒效应原理，俗称“彩超”，故D错误；E．泊松亮斑的发现有力地支持了光的波动学说，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象，故E正确。故选ACE。14．BD【详解】A、经典力学的使用范围是宏观、低速的物体，不适用微观、高速的物体，故A错误；B、当物体运动速度很大（v→c）、引力很强、活动空间很小（微观）时，经典力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差，虽然相对论和量子力学更加深入科学地认识自然规律，它是科学的进步，但并不表示对经典力学的否定，故B正确；C、在经典力学中，物体的质量是不变的，在狹义相对论中，物体的质量随物体速度增大而最大，故选项C错误；D、密度越大的天体表面引力越强，中子星密度非常大，其表面的引力比常见的引力强得多，为强引力，牛顿的引力理论已经不能正确解决了，故D正确．【点睛】该题的关键是掌握经典力学与量子力学的区别，理解经典力学与相对论和量子力学适用范畴，要理解相对论的基本内容，理解简单的相对论原理．15．AD【详解】A．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，会产生多普勒效应，观察者接收到的波的频率都会增大或减小，故A正确；B．根据光速不变原理，知在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向的传播速度大小相等，故B错误；C．运用荧光物质在紫外线照射下，会发出可见光，根据这一特点，可以设计防伪措施，故C错误；D．根据麦克斯电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故D正确．故选AD.【点睛】波源与观察者互相靠近或者互相远离时，会产生多普勒效应；知道光速不变原理的内容；用紫外线照射，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光；麦克斯韦建立了电磁场理论：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场.16．BCD【详解】A．声波的传播速度在介质中是由介质决定的，与频率无关；而电磁波的传播速度，而n与光的频率有关；故电磁波在介质中的速度与频率有关；故A错误；B．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，故B正确；C．根据相对论的基本原理得知：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故C正确；D．利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离，故D正确；故选BCD.【点睛】声波的传播速度在介质中是由介质决定的，电磁波在介质中的速度与频率有关；波长比可见光短的称为紫外线，它有显著的化学效应和荧光效应，能用了杀菌消毒；狭义相对论认为：一切物理规律在不同的惯性参考系中都相同；利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离.17．速度    相等    【详解】[1]．狭义相对论认为时间和空间与物质的速度有关；[2]．狭义相对论认为真空中光速均为c，地面上的人认为闪光速度也都为c．则站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度相等。18．2.25 kg【详解】根据狭义相对论， ，由题意知，所以 所以m2＝m1＝2.25kg.【点睛】此题关键是掌握爱因斯坦的相对论原理，物体质量及速度关系遵循的规律是： ，其中m是运动质量，m0是指静止质量．