2021学年5 相对论时空观与牛顿力学的局限性习题

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17（含解析）

1．用相对论的观点判断，下列说法错误的是(　　)

A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变

B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的

C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些

D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计

2．对相对论的基本认识，下列说法正确的是

A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的

B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快

D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了

3．爱因斯坦相对论的提出,是物理学思想的重大革命,因为它(    )

A．揭示了时间、空间并非绝对不变的属性

B．借鉴了法国科学家拉瓦锡的学说

C．否定了牛顿力学的原理

D．修正了能量、质量互相转化的理论

4．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉(    )

A．你的质量在增加

B．你的心脏跳动在慢下来

C．你在变小

D．你永远不能由自身的变化知道你的速度

5．下列说法正确的是（　　）

A．牛顿运动定律就是经典力学

B．经典力学的基础是牛顿运动定律

C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题

D．经典力学可以解决自然界中所有的问题

6．用相对论的观点判断，下列说法错误的是(　　)

A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变

B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的

C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些

D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计

7．下列说法正确的是（　　）

A．海豚有完善的声呐系统，海豚发出的声波比无线电波传播的速度快，方向性好

B．蝙蝠利用超声脉冲导航，当它飞向某一墙壁时，接收到的脉冲频率大于它发出的频率

C．声波击碎玻璃杯的实验原理是共振

D．频率相同，相位差恒定的两列波能产生稳定的干涉

E.狭义相对论原理指出：在不同的参与系中，一切物理规律都是相同的

8．关于经典力学的伟大成就，下列论述正确的是（ ）

A．经典力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合

B．经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在

C．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性

D．人们借助于经典力学中的研究方法，建立了完整的经典物理学体系

9．下列说法正确的是________

A．位移与时间关系符合正弦函数规律的运动是最简单、最基本的振动

B．波长为0.5m的水波比波长为0.6m的水波绕过0.8m的障碍时衍射现象更明显

C．光导纤维传递信息是利用了光的干涉原理

D．电磁波的接收是利用电谐振把有用的信号选择出来的

E.狭义相对论中不同惯性参考系的物理规律是相同的

10．下列说法正确的是． （        ）

A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现像，露珠呈现的彩色是光的色散现像，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现像

B．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理

C．做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏上观察到干涉条纹，用红光代替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样

D．相对论认为：竖直向上高速运动的球，无论谁去观察在水平方向上都会变扁

E.在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短

11．下列说法正确的是(    )

A．在经典力学中,物体的质量是不随物体运动状态而改变的

B．以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性,它只适用于低速运动,不适用于高速运动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界

C．相对论的出现否定了经典力学理论

D．伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳—演绎法”是经典力学方法的典型

12．根据气体吸收谱线的红移现象推算,有的类星体远离我们的速度竟达光速c的80%,即每秒24万千米．下列结论正确的是(　　)

A．在类星体上测得它发出的光的速度是(1+80%)c

B．在地球上接收到它发出的光的速度是(1-80%)c

C．在类星体上测得它发出的光的速度是c

D．在地球上测得它发出的光的速度是c

13．关于相对论，下列说法中正确的是（　　）

A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

B．真空中的光速在不同的惯性参考系中不同

C．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大

D．微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于静止质量

E.在一个确定的参考系中观察，运动物体上面的物理过程的快慢跟物体的运动状态有关

14．下列说法中正确的是         

A．军队士兵过桥时使用便步，是为了防止桥发生共振现象

B．机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定

C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响

D．假设火车以接近光速通过站台时，站台上旅客观察到车上乘客在变矮

E.赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在

15．新华网北京月日电当前，俄罗斯在叙利亚针对“伊斯兰国”（）的空袭仍在持续．而物理学中（）则表示_________．牛顿力学具有一定的局限性，牛顿力学只能适用_________、宏观领域中的力学现象．

16．设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．

17．有不同相对速度的情况下,时钟的频率是不同的,它们之间的关系如图所示．由此可知,当时钟和观察者的相对速度达到0.6c(c为真空中的光速)时,时钟的周期大约为________．在日常生活中,我们无法察觉时钟周期性变化的现象,是因为观察者相对于时钟的运动速度__________________．若在高速运行的飞船上有一只表,从地面上观察,飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变________________(选填“快”或“慢”)了．

18．地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过,另一飞船B以速度2.0×108 m/s 跟随A飞行．求:

（1）A上的乘客看到B的相对速度;

（2）B上的乘客看到A的相对速度．

参考答案

1．A

【详解】

A．由相对论的观点，时间和空间都是相对的，故A错误，符合题意；
B．根据时间间隔的相对性：可知，时间延缓效应，因此地面上的人看飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的，故B正确，不符合题意；
C．根据长度的相对性：，可知，在运动方向上长度缩短，所以在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的航天员却感到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些，故C正确，不符合题意；
D．当低速宏观物体时，v＜＜c时，△t≈△t′，l≈l0，可知“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D正确，不符合题意；
故选A。

A时间和空间都是相对的,如果物体的速度接近光速,有公式可得则一个事件的发生时间和物体的长度会发生变化,A错误,

思路分析：本题根据相对论分析,当物体的速度接近光速时,事件发生的时间和物体的长度都会发生变化

试题点评：本题考查了时间和空间的相对性

2．A

【解析】

【详解】

A．相对论认为：真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，故A正确．

B．由可知，质量与能量相互联系，但质量与能量是两个不同的物理量，不能说质量就是能量，能量就是质量，故B错误；

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上慢．故C错误；

D．我们发现竖直向上高速运动的球，水平方向上没有变化，竖直方向变短了，故D错误；

故选A．

【点睛】

本题关键是记住相对论有关时间间隔的相对性公式、相对论质量公式，明确相对论的等效原理．质量与能量是两个不同的物理量，它们间存在联系．

3．A

【解析】

【详解】

A．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是狭义相对论的几个重要的效应，揭示了时间、空间并非绝对不变的属性，A正确；

B．爱因斯坦相对论借鉴法国科学家拉瓦锡的学说，但“借鉴”不等于“革命”，故B错误；

C．直接说“否定了牛顿力学的原理”是没有一分为二的认识，爱因斯坦相对论解释了经典牛顿力学不能解释的高速、微观范围，但狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，即没有否定牛顿力学的原理，C错误；

D．狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律并提示了质量与能量相当，修正了能量、质量互相转化的理论，但“修正”也算不上革命。故D错误。

故选：A。

4．D

【解析】

【详解】

相对论的基本概念是:当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的;当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉;当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动，但如果房子是在做匀速直线运动，即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动，即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．

A．你的质量在增加 ，与结论不相符，选项A错误；

B．你的心脏跳动在慢下来 ，与结论不相符，选项B错误；

C．你在变小，与结论不相符，选项C错误；

D．你永远不能由自身的变化知道你的速度，与结论不相符，选项D正确；

故选D。

5．B

【解析】

【详解】

AB．经典力学的基础是牛顿运动定律，但不能说牛顿运动定律就是经典力学，故A项错误，B项正确；

CD．经典力学只适用于宏观、低速物体，故CD两项错误。

6．A

【详解】

A．由相对论的观点，时间和空间都是相对的，故A错误，符合题意；
B．根据时间间隔的相对性：可知，时间延缓效应，因此地面上的人看飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的，故B正确，不符合题意；
C．根据长度的相对性：，可知，在运动方向上长度缩短，所以在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的航天员却感到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些，故C正确，不符合题意；
D．当低速宏观物体时，v＜＜c时，△t≈△t′，l≈l0，可知“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D正确，不符合题意；
故选A。

A时间和空间都是相对的,如果物体的速度接近光速,有公式可得则一个事件的发生时间和物体的长度会发生变化,A错误,

思路分析：本题根据相对论分析,当物体的速度接近光速时,事件发生的时间和物体的长度都会发生变化

试题点评：本题考查了时间和空间的相对性

7．BCD

【详解】

海豚有完善的声呐系统，海豚的声呐系统发出的不是声波，是超声波．A错误；蝙蝠利用超声脉冲导航，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，与墙壁相互靠近，故接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于它发出的频率．B正确；当声波的频率等于玻璃杯的固有频率时玻璃杯震荡最剧烈，最容易被击碎，即声波击碎玻璃杯的实验原理是共振，C正确；根据干涉的条件可知，频率相同，相位差恒定的两列波能产生稳定的干涉．D正确；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；在不同的参考系中，一切物理规律都是不相同的．E错误．选BCD．

【点睛】

海豚有完善的声呐系统发出的是超声波；多普勒效应中，当声源和观察者相互靠近时，接收到的频率增加；当声源和观察者相互远离时，接收到的频率降低；声波击碎玻璃杯的实验原理是共振；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．

8．AD

【详解】

A．经典力学把天上物体和地面上物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界的多样性的统一，第一次实现了人类对自然界认识的理论大综合，故A项正确；

B．黑洞是爱因斯坦的广义相对论中预言的一种特殊天体，故B项错误；

C．时间的相对性是爱因斯坦根据狭义相对论提出的，故C项错误；

D．在研究方法上，人们把经典力学中行之有效的实验与数学相结合的方法推广到物理学的各个分支上，相继建立了热学、声学、光学、电磁学等，形成了完整的经典物理学体系，故D项正确。

9．ADE

【详解】

A．位移与时间关系符合正弦函数规律的运动是简谐振动，它是最简单、最基本的振动，选项A正确；

B．波长越大越容易发生衍射，则波长为0.5m的水波比波长为0.6m的水波绕过0.8m的障碍时衍射现象不明显，选项B错误；

C．光导纤维传递信息是利用了光的全反射原理，选项C错误；

D．电磁波的接收是利用电谐振把有用的信号选择出来的，选项D正确；

E．狭义相对论中不同惯性参考系的物理规律是相同的，选项E正确；

故选ADE.

10．ACE

【解析】

肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现像，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现像，现象A正确；光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有关的结果，故B错误．做双缝干涉实验时，红光的波长大于绿光，根据可知，用绿光照射单缝，在光屏上观察到干涉条纹，用红光代替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样，选项C正确；相对论认为：竖直向上高速运动的球，水平方向上没有变化，竖直方向变短了，故D错误；在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，周期变小，则波长变短，选项E正确；故选ACE.

11．ABD

【解析】

在经典力学中，物体的质量物质的固有属性，不会随运动状态的而改变，故A正确．经典力学理论只适用于宏观的、低速运动的物体，微观粒子、高速运动物体都不适用，故B正确．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C错误．伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳-演绎法”是经典力学方法的典型．故D正确．所以ABD正确，C错误．

12．CD

【解析】

根据爱因斯坦相对论的光速不变原理得：在一切惯性参考系中，测量到的真空的光速c都一样．在一切惯性系中观测到的真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无关．所以在类星体上测得它发出的光的速度是c，在地球上上测得它发出的光的速度是c，故CD正确，AB错误．

13．ADE

【详解】

在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A正确；相对论告诉我们，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故B错误；一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，故C错误；微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于静止质量，选项D正确；在一个确定的参考系中观察，运动物体上面的物理过程的快慢跟物体的运动状态有关，故E正确；故选ADE.

14．ACE

【解析】

【详解】

A．军队士兵过桥时使用便步，防止行走的频率与桥的频率相同，桥发生共振现象，故A正确；

B．机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，故B错误；

C．加偏振片的作用是减弱反射光的强度，从而增大透射光的强度，故C正确；

D．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮，故D错误；

E．麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故E正确．

故选ACE。

【名师点睛】

当策动频率与固有频率相同时，出现共振现象；电磁波在真空中也能传播．机械波在介质中的传播速度由介质决定；由光的衍射现象：绕过阻碍物继续向前传播；偏振原理利用光的干涉现象，来减弱反射光的强度；麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，从而即可求解．

15．国际单位制    低速   

【解析】

【详解】

物理学中（SI）表示国际单位制．牛顿力学具有一定的局限性，牛顿力学只能适用低速、宏观领域中的力学现象．

16．k；

【解析】

根据相对论的知识，静止物体的能量是E=m0c²(m0是静止时的质量),运动时的能量E′=mc²（m为运动时的质量） E′/E=K m/m0=K；由相对论的质量关系式，解得．

17．2.5s    远小于光速c    慢   

【解析】

【详解】

根据题图中数据可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c时，对应时钟的频率为0.4 Hz，则周期为2.5 s．日常生活中，我们无法察觉时钟周期性变化现象是因为运动速度远小于光速c．在高速运行状态下，时钟变慢．

18．（1）-1.125×108 m/s（2）1.125×108 m/s

【解析】

试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．

（1）A上乘客看地以的速度向后，在地面看B以的速度向前，
则A上乘客看B的速度为；

（2）B看A则相反为；