高中沪科版 (2019)5.1 经典力学的巨大成就和局限性同步练习题

5.1经典力学的巨大成就和局限性基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册

一、选择题（共15题）

1．牛顿力学的适用范围是（　　）

A．适用于宏观物体的低速运动（与光速相比） B．适用于微观粒子的运动

C．适用于宏观物体的高速（与光速相比）运动 D．适用于受到很强引力作用的物体

2．下列说法正确的是（　　）

A．经典力学能够说明微观粒子的规律性

B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体

C．相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义

D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍适用

3．经典力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用（　　）

A．2.5×10-5 m/s B．2.5×102 m/s C．3.5×103 m/s D．2.5×108 m/s

4．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船与天和核心舱采用自主快速径向交会对接模式成功对接，与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱（船）组合体。翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员从神舟十三号载人飞船进入天和核心舱，将在轨飞行6个月，据王亚平介绍，航天员在核心舱内每天能看到16次日出。已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为10m/s2，下列说法正确的是（　　）

A．核心舱的运行速度大于第二宇宙速度

B．核心舱的离地高度约等于地球半径

C．核心舱的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度

D．根据狭义相对论，在轨飞行的过程中，航天员的手表变快了

5．下列说法正确的是（　　）

A．牛顿是国际单位制中的基本单位

B．研究原子核结构时，因原子核很小，可把原子核看作质点

C．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是减轻轮缘与轨道间的侧向挤压

D．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短

6．下列说法中正确的是（　　）

A．伽利略发现了万有引力定律，并测得了引力常量

B．当r趋近于零时，两个物体间的万有引力趋近于无穷大

C．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度不为零

D．相对论时空观认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律相同

7．继哥白尼提出”太阳中心说”，开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律。爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论。这说明（　　）

A．世界无限大，人不可能认识世界

B．人的意识具有能动性，能够随意地对客观世界说三道四

C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化

D．每一个认识都可能被后人推翻，人都不可能获得正确的认识

8．下列说法中正确的是（   ）

A．牛顿借助前人的研究成果总结出了行星运动三大定律

B．卡文迪许通过扭秤实验证明了万有引力的正确性并测出了引力常量的值

C．开普勒借助自己的力学成就并对前人的研究成果分析，总结出了万有引力定律

D．经典力学适用于宏观、高速、强引力的领域

9．下列说法错误的是（　　）

A．经典力学适用于低速运动、宏观物体

B．汽车在通过弯道时，如果速度过大，往往出现“甩尾”现象，这是一种离心现象，这是由于受到离心力而产生的

C．开普勒继承了第谷对太阳系行星运动的观测数据，总结出开普勒三大定律

D．卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值

10．下列关于物理学定律的说法中，正确的是（　　）

A．牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例

B．万有引力定律适用于低速、宏观、弱引力的广阔领域

C．动量守恒定律是描述太阳系中行星沿圆轨道运动规律的定律

D．开普勒第一定律是描述太阳系中行星沿圆轨道运动规律的定律

11．经典力学不能适用下列哪些运动（　　）

A．火箭的发射 B．宇宙飞船绕地球的运动

C．“勇气号”宇宙探测器在太空的运动 D．微观粒子的波动性

12．关于经典时空观和相对论时空观，下列说法错误的是（　　）

A．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的

B．相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系

C．研究接近光速的粒子不适合使用经典力学

D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别

13．以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是(　        )

A．低速宏观弱引力下的运动问题

B．高速微观弱引力下的运动问题

C．低速微观强引力下的运动问题

D．高速宏观强引力下的运动问题

14．下列说法正确的是（　　）

A．经典力学能够说明微观粒子的规律性

B．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍适用

C．相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义

D．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体

15．以下说法不正确的是（　　）

A．在力的合成实验中运用了等效替代的方法

B．牛顿经典力学不适用于研究接近光速的问题

C．开普勒通过第谷多年的观测数据最早提出了“日心说”

D．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪什通过实验测得引力常量数值

二、综合题（共4题）

16．根据牛顿运动定律，凭借初始条件就可以确定物体过去和未来任一时刻的运动状态，牛顿由此提出了机械决定论。他认为一切自然现象都只能按照机械的必然性发生和进行。牛顿的这个观点对之后两百多年自然科学的发展产生了深刻的影响。应如何看待牛顿的这一观点?

17．什么是经典力学？其主要内容是什么？

18．利用互联网收集经典力学在科学技术方面的典型应用事例。

19．撰写一篇题为“关于伽利略、牛顿的科学研究方法对物理学发展的意义”的小论文。

参考答案：

1．A

2．B

3．D

4．C

5．C

6．D

7．C

8．B

9．B

10．B

11．D

12．D

13．A

14．D

15．C

16．

机械决定论仅仅适用于宏观物体，而对于微观领域以及客观世界中大量存在的偶然现象的研究就产生了统计决定论。运用概率的和统计的方法进行研究的统计性定律没有构成对客观规律的否定，因而就不构成对决定论的否定。从本质上看，它是承认偶然性与必然性既对立又统一的辩证决定论。

机械决定论又称“形而上学决定论”。指在古典力学基础上建立起来的盛行于17—18世纪西欧的一种只承认自然界的因果性、必然性、客观规律性，否认人的主观能动性和偶然性的一种形而上学观点，其代表人物为牛顿、拉普拉斯、斯宾诺莎、霍尔巴赫等人。它发端于17世纪的法国，其时哲学家笛卡尔就提出了“动物是机器”的观点。牛顿力学创立后，认为一个系统的初始条件一旦简单的确定后，此后的运动都是必然确定的了，它可以不考虑初始条件的复杂性和随机性。在此基础上，机械决定论者提出，牛顿力学规律是自然界唯一正确的客观规律，一切现象在本质上都是力学现象，人和动物都是按力学规律的机制组合起来的机器。这一思想承认了自然规律的客观性，反对了上帝造世说，反对了宗教神学，因此在人类发展史上发挥过重大作用。但是，机械决定论只承认必然性，否认偶然性；只承认客观规律性，否认人的主观能动性；视机械运动为唯一的因果关系而不懂得因果联系的多样性、复杂性；不懂得因果联系、必然性和偶然性的区别和联系，认为世界上的一切现象都是由必然的原因决定的；把必然性等同于有原因，把偶然性等同于无原因，把必然性绝对化，视承认偶然性为非决定论。这是机械决定论的根本错误。它发展的必然结局就是宿命论，因而无法彻底地贯彻唯物主义决定论。18世纪中叶后康德在《自然通史和天体论》中批判了这种观点。19世纪以后，随着自然科学的发展和辩证唯物主义的出现机械决定论开始走向衰亡。

17．

经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿运动定律为基础，在宏观世界和低速状态下，研究物体运动的基要学术。在物理学里，经典力学是最早被接受为力学的一个基本纲领。经典力学又分为静力学（描述静止物体）、运动学（描述物体运动）和动力学（描述物体受力作用下的运动）。经典力学的主要内容是牛顿三定律和万有引力定律。

（1）牛顿三定律：

①牛顿第一定律：一个物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

②牛顿第二定律：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。

③牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

（2）万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。

18．例如利用经典力学规律，人类在航空航天技术中设计制造了人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等。

19．

   伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合。伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力得作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量．伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推．所以伽利略用来抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法。

伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验（这是其他物理家在研究同一问题上缺少的关键环节），并对假说进行修正和推广。

他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路，他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导.这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。

牛顿是物理学史上最伟大的科学家之一，他除在自然科学的许多学科都做出了划时代的贡献之外，还继承和发展了伽利略所开创的近代科学研究方法。正是这些方法使得牛顿的科学理论十分富有成效，“直到19世纪末，它一直是理论物理学领域中每一个工作者的纲领。”他的研究方法，指导了以后几代物理学家的研究工作。一、实验方法与抽象方法

实验方法是科学研究的基本方法。它既是获得经验知识，为科学理论的建立提供原始资料的途径和方法，同时也是检验科学理论和假说的重要途径和手段，牛顿对于实验十分重视。在他的著作中反复强调了实验和观察的重要性，他坚持认为自然哲学家要把他的概括建立在对现象的仔细考察的基础上。他指出：“虽然用归纳法来从实验和观察中进行论证不能算是普遍的结论，但它是事物的本性所许可的最好论证方法。“牛顿还进一步指出：“我所以相信我提出的理论是对的，不是由于它来自这样一种推论，因为它不能别样而只能这样，也就是说，不仅仅由于驳倒了与它们相反的假设，而是因为它是从得出肯定而直接的结论的一些实验中推导出来的。所以考察它的方法，就在于考虑我所提出的实验是否确定了这个理论中应用了这些实验的那些部分，或者是去进行理论自身的验证而提出其他实验。”可见牛顿是相当重视科学实验的，他把它作为科学研究的最基本方法之一。

牛顿的科学研究是以实验为基础的。他历来十分注意科学观察和实验。他曾制造过风筝、日规和漏壶，还研磨过棱镜。他还设计了许多精巧的实验装置和仪器。例如他设计和制造了第一个反射望远镜。他做过许多出色的科学实验，如色散实验和干涉实验等。他的一些重大成果是与实验密切相关的。牛顿进行的科学实验有不少是研究探索性的，但更多的是验证性实验。除了他个人的实验和观察外，他十分注意从前人和其他科学家的实验和观察来获得大量的经验和证据。这样就使他的理论是建立在更加广泛的实验的基础之上的。

牛顿建立力学理论，提出一般原理时，仅仅应用实验法是不够的。用实验方法还不能使牛顿提出力学三大定律。他还应用了抽象方法，例如第一定律指出：“每个物体继续保持其静止或沿一直线运动的状态，除非有力加于其上迫使改变这种状态。”这里所描述的是物体不受外力作用下的状态。一般来说，观察一个物体的运动要有一个观察者或某种观察记录仪器，但是任何物体之间都是存在着引力作用的。一个被观察的物体是不可能不受外力的作用。其实惯性定律是通过对物体运动做出的抽象而建立的。科学抽象也是牛顿进行科学研究的一种基本方法。在牛顿力学中有不少概念和原理的提出是与应用抽象方法分不开的。牛顿绝对空间、绝对时间的概念也是抽象的结果。牛顿引力理论的建立同样离不开抽象方法的运用。引力定律是在开普勒定律基础上进行高层抽象的结果。作为低层抽象的开普勒定律是描述性的经验定律，而作为高层抽象的万有引力定律是解释性的原理。

理想化是科学抽象的一种形式。理想化方法是用理想的客体代替实在的客体进行科学研究的一种重要方法。运用这一方法能够大大的简化研究对象，有利于逻辑推理和发现事物的规律。牛顿在力学研究中运用了这种方法。实际上惯性定律的提出就应用了这一方法，它是在考察假想、纯化形态下物体的运动规律时得到的。引力定律实际上也是一个“理想模型”。在引力问题的研究中，牛顿实际上已运用了“质点”这一理想化的概念。虽然牛顿在他的著作中没有强调抽象方法。但他在科学研究中却多次应用了这种方法，他对许多问题的归纳概括也包含着大量的科学抽象。抽象方法的应用补充了牛顿实验研究的不足。