13.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（同步练习含答案）
展开课时把关练
5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1.［多选］关于时间和空间，在学习爱因斯坦相对论后我们应认识到（ ）
A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关
2.［多选］关于相对论的理解正确的是（ ）
A.在不同惯性系中，物理规律的形式可能是不同的
B.在不同惯性系中，光在真空中任何方向的传播速度均相同
C.相对论时空观认为运动物体的长度与物体的运动状态无关
D.相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关
3.惯性系S中有一边长为L的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是下列中的（ ）
A B
C D
4.如图所示，假设一根10 m长的梭镖以光速穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是（ ）
A.梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它
B.管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来
C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖
D.所有这些都与观察者的运动情况有关
5.假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）
A.这个人是一个矮胖子
B.这个人是一个瘦高个子
C.这个人矮但不胖
D.这个人瘦但不高
6.如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC。对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是（ ）
A.时钟A走得最慢
B.时钟B走得最慢
C.时钟C走得最慢
D.时钟C走得最快
7.下列运动中不能用经典力学规律描述的是（ ）
A.子弹的飞行
B.和谐号从深圳向广州飞驰
C.人造卫星绕地球运动
D.粒子接近光速的运动
8.关于经典力学和相对论，下列说法正确的
是（ ）
A.经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的
C.相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系
D.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例
9.关于经典力学，下列说法正确的是（ ）
A.经典力学完全适用于宏观、低速运动
B.经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C.随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D.由于相对论、量子力学的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
10.下列运动中，牛顿力学规律适用的是（ ）
A.研究原子中电子的运动
B.高能粒子（速度较大）进一步加速
C.粒子接近光速的运动
D.嫦娥五号探测器的运动
11.关于相对论及相关问题，下列说法正确的是（ ）
A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，物理规律可能不同
B.当物体运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用
C.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化
D.按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速
12.研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的粒子，称为介子，质量约为电子质量的
273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π+或π-。若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ=2.56×10-8 s，设π±介子以0.9c的速率运动，电子的质量为9.1×10-31 kg，求：
（1）在实验室参考系中观测到该粒子的平均寿命；
（2）在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离。
13.如图所示，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？
（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？
14.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）航天员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？
课时把关练
5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
参考答案
1. CD 解析：经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间是没有联系的；在相对论中，时间和空间是和物质的运动相联系的，只有在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互联系且是相对的。选项C、D正确。
2. BD 解析：根据相对论的两条假设，在不同的惯性系中，物理规律的形式都是相同的，在不同惯性系中，光在真空中任何方向的传播速度都相等，A错误，B正确；根据相对论时空观可知C错误，D正确。
3. D
4. D 解析：如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全在管子内部；然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子，故D正确，A、B、C错误。
5. D 解析：取路旁的人为惯性系，车里的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选项D正确。
6. C 解析：根据时间延缓效应，运动的时钟变慢，Δt=
，对地面上的观察者来说，时钟运动得越快，时钟的时间走得越慢，故时钟C走得最慢，时钟A走得最快，A、B、D错误，C正确。
7. D 解析：子弹的飞行、火车的运动及人造卫星绕地球运动都属于宏观低速，经典力学能适用，而粒子接近光速的运动，不能适用于经典力学，D正确。
8. D 解析：当物体的运动速度远小于光速时，相对论与经典力学的结论没有区别；而当物体的运动速度接近光速时，经典力学不再适用；相对论不是对经典力学的否定，而只是认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，故A、B、C错误，D正确。
9. A 解析：经典力学完全适用于宏观、低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学在其适用范围内仍然是正确的，不会过时，也不会失去其应用价值，故C、D错误。
10. D 解析：牛顿力学规律适用于宏观、低速的物理过程，电子的运动、高能粒子的加速、接近光速的运动不满足此条件。嫦娥五号探测器的运动满足牛顿力学的适用条件，只有D正确。
11. C 解析：A错：狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都相同。
B错，C对：根据狭义相对论，当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，但当物体以较小的速度运动时（即vc时），物体质量的变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化，此时经典力学仍然适用。
D错：按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度都不可能超过光速。
12. 解：（1）粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ=2.56×10-8 s，而在实验室中观察到的寿命t应比τ大，
t== s≈5.87×10-8 s。
（2）平均距离
d=vt=0.9×3×108×5.87×10-8 m=15.849 m。
13. 解：（1）因光源与A、B两点等距，光向A、B两点传播速度相等，则光到达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。
14. 解：（1）观测站测得船身的长度为l==54 m，
通过观测站的时间间隔为Δt===2.25×10-7 s。
（2）航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为
解法一：Δt′===3.75×10-7 s。
解法二：Δt′== s=3.75×10-7 s。
