物理必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课时练习

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18（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．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

3．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

4．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

5．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，以速度和朝同一方向远离地球飞行，<．地面上的观察者看

A．甲时钟走得最慢 B．乙时钟走得最慢

C．丙时钟走得最慢 D．甲、乙、丙时钟快慢一样

6．以下关于相对论的说法，正确的是

A．观察者与光源相向运动时，观测到的光速大于m/s

B．在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸都相同

C．对于同一个物理过程经历的时间，在任何惯性系中观测结果都相同

D．当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关

7．下列说法正确的是（  ）

A．万有引力定律是牛顿发现的

B．引力常量是牛顿测出

C．开普勒行星运动定律是开普勒通过实验发现的

D．经典力学既适用于宏观世界，也适用于微观世界

8．关于物体的质量，下列说法正确的是（    ）

A．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而增大

B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而减小

C．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而增大

D．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而减小

9．1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（   ）

A．同时的绝对性与同时的相对性

B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短

C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性

D．相对性原理与光速不变原理

10．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是(　　)

A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢

B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢

C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快

D．因为是两只对准的标准钟，所以两钟走时快慢相同

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．接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有（    ）

A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快

B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢

C．地球上的人观测到地球上的钟较快

D．地球上的人观测到地球上的钟较慢

14．下列说法正确的是_____

A．如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小的平方根成正比，且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动

B．机械波的传播速度仅由介质决定，机械波的频率仅由波源决定

C．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收，测出反射波的频率就能知道血流的速度，这种方法利用了多普勒效应

D．麦克斯韦关于电磁场的两个基本观点是：变化的磁场产生变化的电场；变化的电场产生变化的磁场

E.狭义相对论表明物体运动时的质量总是要大于其静止时的质量

15．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．

16．我们想像这样一幅图景：一列火车以接近光速从观察者身边飞驰而过，火车里的观察者看到沿铁路电线杆距离_______（填“变大”、“变小”、“不变”），而地面上的观察者看到火车车窗的高度_______（填“变大”、“变小”、“不变”） ．

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．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。

3．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．

4．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。

5．C

【详解】

试题分析：钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；

甲时钟放在地面上，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，丙钟比乙钟更慢，所以甲钟最快，丙钟最慢，C正确．

6．D

【解析】

根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，故A错误；在不同的惯性系中测量同一物体的长度，测量值是不同的，故B错误；对于同一个物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测结果是不相同的，选项C错误；当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关，选项D正确；故选D.

7．A

【详解】

A．万有引力定律是牛顿发现的，A正确；

B．万有引力引力常量是卡文迪许测出的，B错误；

C．开普勒行星运动定律是开普勒通过第谷的观测记录总结得到的，C错误；

D．经典力学只适用于宏观低俗物体，不适用于微观高速物体，D错误。

故选A。

8．C

【解析】

由相对论质量公式可知物体的质量随速度的增大而增大；经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似．在狭义相对论的所有公式中，只要令v＜＜c，在数学上稍作变换，就会发现，它们将全部退化为牛顿的经典力学公式，即在经典力学中，物体的质量基本上不随运动速度的变化而变化，ABD错误，C正确；故选C.

9．D

【解析】

爱因斯坦提出的狭义相对论两条基本假设是： 相对性原理与光速不变原理，其他内容均建立在这两点的基础之上；故选D.

10．C

【解析】

【详解】

根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应；故地面上的人看到飞船上的鈡变慢了，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，C正确．

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．AC

【解析】

飞船相对地球高速运动，所以地球上的人观测飞船上的时钟较慢，而地球相对飞船高速运动，所以飞船上的人认为地球上的时钟较慢，所以A、C正确；B、D错误．

【名师点睛】本题主要考查狭义相对论时间间隔的相对性，注意运动的相对的，飞船相对地球高速运动，地球也相对飞船高速运动．

14．BCE

【解析】

简谐运动的回复力与位移的关系满足：F=-kx，即力与位移成正比，方向相反，所以A错误；机械波在传播时，频率由波源决定，波速由介质决定，所以B正确；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收，测出反射波的频率就能知道血流的速度，这种方法利用了多普勒效应，C正确；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；变化的电场产生磁场，故D错误；狭义相对论表明物体运动时的质量总是要大于其静止时的质量，E正确．

15．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．

16．变小    不变   

【分析】

本题关键是知道狭义相对论的一个重要效应--尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．

【详解】

[1][2]．假设一列火车以接近光速从我们身边飞驰而过，根据相对论尺缩效应可知：车厢长度变短，而车厢高度不变．

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；