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同步训练题

课时跟踪检测（十五）  相对论时空观与牛顿力学的局限性

组—重基础·体现综合

1．关于经典力学，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．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关

D．经典力学中，物体的长度与其运动速度有关

解析：选B　经典力学适用条件为宏观、低速的物体，对微观、高速运动不再适用，故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，经典力学中，物体的质量、长度与其运动速度无关，故C、D错误。

2．对于时空观的认识，下列说法正确的是          (　　)

A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律

B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例

C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用

D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用

解析：选B　相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用。经典物理学有简捷的优势。故A、C、D错误，B正确。

3．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动，这里的“高速”是指        (　　)

A．声音在空气中的传播速度

B．第一宇宙速度

C．高铁列车允许行驶的最大速度

D．接近真空中光的传播速度

解析：选D　这里的“高速”是指接近真空中光的传播速度，故D正确，A、B、C错误。

4．(多选)甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺子，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺子，则下列说法正确的是                                                                                       (　　)

A．甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度大

B．甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小

C．乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度大

D．乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度小

解析：选BD　对甲来说，他看到自己手中的尺子是静止的，故长度为公式中的l0，他

观察到乙手中的尺子是运动的，看到的长度相当于公式中的l，由l＝l0，得l＜l0，故甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小，故A错误，B正确；同理，乙看到自己手中的尺子是静止的，长度为l0，他观察到甲手中的尺子是运动的，看到的长度为l，由l＝l0，得l＜l0，故乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度小，故C错误，D正确。

5．如图1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(　　)

图1

A．0.4c　　　　　　　　 B．0.5c

C．0.9c   D．c

解析：选D　由狭义相对论的基本假设：光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，可知D正确。

6．(多选)如图2甲，质子束被加速到接近光速；如图2乙，中子星是质量、密度非常大的星体，下列说法正确的是                                                                                                        (　　)

图2

A．经典力学适用于质子束的运动规律

B．经典力学不适用于质子束的运动规律

C．经典力学适用于中子星的引力规律

D．经典力学不适用于中子星的引力规律

解析：选BD　经典力学适用于宏观、低速物体，不适用于质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律，故A、C错误，B、D正确。

7．有两个惯性参考系1和2，彼此相对做匀速直线运动，下列叙述正确的是        (　　)

A．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了

B．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变快了

C．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了

D．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变慢了

解析：选D　时间延缓效应与相对运动的方向无关，静止参考系的时间是固有时间，v为相对运动速度，Δt为观察系中经历的时间，Δτ为被观察的参考系中所经历的时间，也即固有时间。根据时间延缓效应公式Δt＝ ＞Δτ，在相对某参考系运动的参考系看来，原参考系中的时间变长了，运动就变慢了，故D正确。

8．(多选)2020年6月15日，中国科学院宣布，墨子号量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。下列说法正确的是                                                       (　　 )

A．经典力学适用于墨子号绕地球运动的规律

B．经典力学适用于光子的运动规律

C．量子力学可以描述墨子号发出的量子通信规律

D．经典力学已经失去了应用价值

解析：选AC　经典力学适用于宏观低速的物体运动，“墨子号”的运动属于宏观低速运动，故A正确。量子力学适用于微观高速的物体运动，如光的运动，而对于高速运动的光子，经典力学已经不再适用，经典力学在自己的范围内是有价值的，故C正确，D错误。

9．如图3所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上    固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：

(1)在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？                          图3

(2)在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？

解析：(1)因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播速度相等，所以   光到达A、B两点所需要的时间相等。即在地面参考系中观测，两接收器同时接收到光信号。

(2)对于火车参考系来说，光源和A、B两接收器都沿BA方向运动，当光源发出的光向A、B传播时，A和B都沿着BA方向运动了一段距离到达A′和B′，如图所示，所以光到达A′的距离更长，到达B′的距离更短，即在火车参考系中观测，B比A先接收到光信号。

答案：(1)同时接收到光信号　(2)B先接收到光信号

组—重应用·体现创新

10．(多选)设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是     (　　)

A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c

B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c

C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c

D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c

解析：选CD　根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，因此真空中的光速相对于飞船的速度为c，相对于地面的速度也为c。

11．(多选)对于公式m＝，下列说法中正确的是           (　　)

A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量

B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量为m>m0，即物体质量改变了，故经典力学不再适用，是不正确的

C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动

D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化

解析：选CD　公式中m0是静止质量，m是物体以速度v运动时的质量，故A错误。由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，经典力学仍然适用，故B错误，C、D正确。

12．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，一艘宇宙飞船的船身长度为l0＝90 m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过。(光速c＝3.0×108 m/s)

(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？

解析：(1)观测站测得船身的长度为

l＝l0＝54 m，

通过观测站的时间间隔为

Δt＝＝＝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

法一　Δt′＝＝＝3.75×10－7 s。

法二　Δt′＝＝ s

＝3.75×10－7 s。

答案：(1)2.25×10－7 s　(2)3.75×10－7 s