人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性练习题

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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11（含解析）  1．以下说法错误的是A．爱因斯坦提出光子说成功地解释了光电效应，说明光具有粒子性B．光的波长越大，光子能量越小C．以不同的惯性系观察同一物体的运动，物体的加速度可能不同，但速度一定相同D．光既有波动性，有具有粒子性，二者并不矛盾2．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3．关于经典物理学和相对论，下列说法正确的是（  ）A．经典物理学和相对论是各自独立的学说，互不相容B．相对论完全否定了经典物理学C．相对论和经典物理学是两种不同的学说，二者没有联系D．经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用范围内仍然成立4．在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为(  )A．洞口为椭圆形，长度变短     B．洞口为圆形、长度不变C．洞口为椭圆形、长度不变     D．洞口为圆形，长度变短5．下列说法中正确的是（　　）A．人耳能听到的声波比超声波更不易发生明显衍射B．离开地球的高速火箭里的人认为地球上时钟变快C．无论什么波，只要振幅足够大就可以产生明显的衍射现象D．透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色的条纹，这是光的衍射现象6．在物理学发展过程中，许多科学家作出了卓越的贡献，下列说法与事实相符合的是（    ）A．爱因斯坦提出了相对论B．第谷通过对前人积累的观测资料的仔细分析研究，总结出行星运动规律C．牛顿建立了万有引力定律，并利用扭秤装置测定了万有引力常量D．伽利略通过多年的潜心研究，提出了“日心说”的观点7．下列哪些运动不服从经典力学的规律(　　)A．发射同步人造卫星 B．电子绕原子核的运动C．云层在天空的运动 D．子弹射出枪口的速度8．根据相对论判断，下列说法正确的是（    ）A．狭义相对论全面否定了经典力学理论B．如果物体在地面上静止不动．任何人在任何参考系里测出的物体长度都是一样的C．真空中的光速在不同的惯性参考系中也是不同的D．物体运动时的质量总要大于静止时的质量 9．下列说法不正确的是（ ）A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振B．如果做振动的质点所受的合外力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动C．波在传播的过程中，介质质点将沿波的传播方向做匀速运动D．变化的电场周围不一定产生变化的磁场E.狭义相对论认为：在惯性参照系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关10．下列说法正确的是（     ）A．拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B．麦克斯韦关于电磁场的两个基本观点是：变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场C．部队过桥不能齐步走而要便步走,是为了避免桥梁发生共振现象D．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  11．设想一光子飞船以v=0.95C的速率相对于地球运动，若飞船上宇航员用测时器测他吸一支烟用去10 min，地球上的观测者测他吸一支烟用去________min.12．万有引力定律由物理学家________提出，行星运动的三大定律由德国天文学家________提出．引力常量G的大小由英国物理学家________测得．狭义相对论由物理学家________提出．（选填“爱因斯坦”“卡文迪许”“开普勒”“牛顿”）13．经典相对性原理：________规律在任何________中都是相同的．还可以表述为：在一个________内进行的任何力学实验都不能判断这个________是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是________的．14．经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是________的．相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是________的，惯性系________越大，惯性系中的________越慢．非但如此，惯性系中的一切________．相对时间间隔公式：设Δτ表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，Δt表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝ ________. 15．请同学们讨论一下狭义相对论为什么叫做假设而不叫做原理?16．假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论．17．如果总能量是静能的k倍，求该粒子的速度.18．电子的静止质量为me，加速后的电子相对实验室的速度是c(c为光速)，在实验室中观察到的加速后电子的质量是多大？
参考答案1．C【详解】A．爱因斯坦提出光子说成功地解释了光电效应，说明光具有粒子性，选项A正确，不符合题意；B．根据 可知，光的波长越大，光子能量越小，选项B正确，不符合题意；C．根据相对论原理，以不同的惯性系观察同一物体的运动，物体的加速度和速度都不相同，选项C错误，符合题意；D．光既有波动性，又具有粒子性，光具有波粒二象性，故D正确，不符合题意．故选C.2．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．3．D【解析】【详解】经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）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错误；相对论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BC错误；经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D正确．故选D．【点睛】经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜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．4．D【详解】根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．所以高速列车通过洞口为圆形的隧道时，列车上的司机对隧道口方向的观察结果仍然是圆形，但是观察隧道的长度变短，故选D.【点睛】狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩．可以通俗的理解为：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； 在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．5．D【详解】因声波的波长比超声波长，则更容易发生衍射现象，故A错误；根据相对论原理可知，离开地球的高速火箭里的人认为地球上时钟变慢，故B错误；产生明显的衍射现象的条件 是波的波长小于障碍物的尺寸，与与障碍物的尺寸差不大，与波的振幅无关，故C错误；透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色的条纹，这是光的衍射现象，故D正确；故选D.【点睛】此题关键是知道波长越长，越容易发生衍射，声波的波长比超声波长；相对论中，长度缩短，时间变慢；产生明显的衍射现象的条件是波的波长小于障碍物的尺寸，与与障碍物的尺寸差不大；6．A【解析】A、爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，故A正确．B、开普勒发现了行星运动的规律，故B错误．C、卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故C错误；D、波兰天文学家哥白尼，经过长期天文观察，利用工作余暇写成以“日心说”为主要论点的《天体运行论》一书，故D错误；故选A．【点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．7．B【解析】【详解】经典力学的规律适用于宏观低速物体，不适用于微观高速粒子的运动，故经典力学不适应电子绕原子核的运动，故选B.8．D【解析】经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，相对论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A错误；根据相对论尺缩效应可知，若物体在地面上静止不动，人在其他运动参考系里面测出的物体的长度可能会变短，故B错误．根据相对论原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，选项C错误；根据相对论m=知，物体的速度越大，其质量也越大，故D正确．故选D．9．ABC【分析】检查平面的平整度是利用了光的干涉；当满足F=-kx，即回复力与离开平衡位置的位移大小成正比，方向相反；波中的质点不随波迁移；变化有均匀变化与非均匀变化；光速不变原理，与光源、观察者间的相对运动无关，从而即可求解．【详解】A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，并不是光的偏振，故A错误，符合题意；B．若回复力与离开平衡位置的位移大小成正比，方向相反的振动，才是简谐运动，故B错误，符合题意；C．波在传播的过程中，质点不随波迁移，故C错误，符合题意；D．非均匀变化的电场周围产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，故D正确，不符合题意；E．相对论认为：在任何参照系中，光速不变，与光源、观察者间的相对运动无关，故E正确，不符合题意；故选ABC．【点睛】此题考查光的干涉与偏振的区别，理解简谐运动的特点：回复力与位移是正比反向关系；注意质点不随波迁移；磁场的变化有非均匀变化与均匀变化之分．10．BCD【分析】狭义相对论的两条基本假设：①物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系．②任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的．【详解】A、拍摄玻璃窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片是为了滤去反射光而不是增加透射光的强度，故A错误．B、由麦克斯韦的电磁理论，变化的电场一定产生磁场，同样，变化的磁场产生电场，故B正确．C、部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象，故C正确．D、狭义相对论的两条基本假设是光速不变原理和相对性原理，相对性原理是：一切物理规律在不同的惯性参考系中都相同，故D正确．E、用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，不是光的偏振现象，故E错误．故选BCD．【点睛】本题综合考查了3-4模块的狭义相对论、光的偏振、麦克斯韦电磁场理论以及共振的防止与应用．11．32【解析】【详解】根据相对论原理可知，地球上的观测者测得他吸一支烟用去的时间：12．牛顿    开普勒    卡文迪许    爱因斯坦    【解析】【详解】开普勒在第谷观测的基本上提出了行星的三大定律；牛顿发现了万有引力定律，但是卡文迪许测得了引力常量；爱因斯坦建立了狭义相对论；【点睛】本题比较简单考查了学生对物理学史的了解情况，在物理学发展的历史上有很多科学家做出了重要贡献，大家熟悉的牛顿、爱因斯坦、卡文迪许等，在学习过程中要了解、知道这些著名科学家的重要贡献，是解答类似问题的关键．13．力学     惯性系    惯性参考系    惯性系    平权    【详解】经典力学的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相同的．或者说在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；换言之，经典力学定律在任何一个惯性系中数学形式不变，所有惯性系都是等价（平权）的．14．相同    不同    相对运动    时间进程    物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏都变慢了        【解析】【详解】按照经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的．按照相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系相对运动越大，惯性系中的时间进程越慢．非但如此，惯性系中的一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏都变慢了．相对时间间隔公式：设Δτ表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，Δt表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝15．在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理【详解】在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理．【点睛】虽然这两个假设可以由麦克尔孙—莫雷实验直接推出，但毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度.16．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价【解析】【详解】飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．17．【详解】由题意，粒子总能量为：E=mc2=km0c2所以：m=km0= 所以粒子运动的速度为：【点睛】由题意，根据已知条件结合E=mc2，可以求出粒子运动和静止时的质量关系，于是该粒子的速度不难求出．18．1.67me【解析】【详解】电子的静止质量为m，加速后的电子相对实验室的速度是c，根据爱因斯坦的质速关系方程，有：