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课后练习题

这是一份人教版 (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课后练习题，共5页。试卷主要包含了下列属于狭义相对论基本假设的是，下列服从牛顿力学规律的是等内容，欢迎下载使用。
◎题组一 相对论时空观
1．下列属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )
A．真空中光速不变
B．时间间隔具有相对性
C．物体的质量不变
D．物体的能量与质量成正比
2．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光时，列车上的观察者看到A、C两铁塔被照亮的顺序是( )
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮D．无法判断
3．(多选)接近光速飞行的飞船上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
4．如果航天员以接近于光速的速度朝某一星体飞行，下列说法正确的是( )
A．航天员根据自己的质量在增加发觉自己在运动
B．航天员根据自己的心脏跳动在慢下来发觉自己在运动
C．航天员根据自己在变小发觉自己在运动
D．航天员永远不能由自身的变化知道自己的速度
5．如图所示，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，则壮壮观测到该光速的传播速度为( )
A．0.4cB．0.9c
C．1.0cD．1.4c
◎题组二 牛顿力学的局限性
6．物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是( )
A．牛顿力学能够说明微观粒子的规律性，仍能适用于宏观物体的高速运动问题
B．相对论与量子力学的出现否定了牛顿力学，表示牛顿力学已失去意义
C．牛顿力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是牛顿力学的基础
D．牛顿力学在现代广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍是普遍适用的
7．(多选)下列服从牛顿力学规律的是( )
A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C．以接近光速飞行的μ子的运动
D．地壳的变动
8．(多选)2021年1月10日消息，我国国内首款量子安全通话产品试商用。量子通信是利用量子力学原理对量子态进行操控的一种通信形式，可以有效解决信息安全问题。关于牛顿力学和相对论、量子力学，下列说法正确的是( )
A．量子力学和牛顿力学对宏观物体和微观粒子都是适用的
B．牛顿力学理论的成立具有一定的局限性
C．量子力学适用于微观粒子的运动，牛顿力学适用于宏观物体的运动
D．量子力学与相对论否定了牛顿力学理论
9．有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光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，则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，其时间进程就越慢，生理过程也越慢
D．这是神话，科学无法解释
10．宇宙飞船以速度v相对地面做匀速直线飞行。某一时刻，飞船头部的航天员向飞船尾部发出一光信号，光速为c，经Δt(飞船上的钟测量)时间后，被尾部接收器收到。由此可知飞船固有长度为( )
A．cΔtB．vΔt
C．cΔtD．cΔt/
11．半人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m。设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间。
(1)若宇宙飞船的速率为0.999c，按地球上时钟计算，飞船往返一次需要时间为________s。
(2)如以飞船上时钟计算，往返一次的时间为________s。
12．在某惯性系中测得相对该惯性系静止的立方体的边长为L0，另一惯性系以相对速度v平行于立方体的一边运动。则在后一惯性系中的观察者测得的该立方体体积是多少？
13．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
课时分层作业(十一)
1．A [狭义相对论的基本假设有：(1)狭义相对论的相对性原理——在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；(2)光速不变原理——对任意惯性参考系，真空中的光速都相等，A正确。]
2．C [因列车沿AC方向接近光速行驶，故它靠近C远离A，所以光由B出发后，C的反射光先到达列车上的观察者，所以观察者看到C先被照亮，故C正确。]
3．AC [飞船上的人观察钟表时，是以飞船为参考系，看到地球上的钟表在高速运动，观察到地球上的钟慢，即飞船上的钟快，A正确，B错误；同理地球上的人是以地球为参考系，观察结果是地球上的钟快，即飞船上的钟慢，C正确，D错误。]
4．D [根据狭义相对论知识可知，航天员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身变化，也不能由自身变化知道自己的速度，故D正确。]
5．C [根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观测到的光速为1.0c，故C正确，A、B、D错误。]
6．C [牛顿力学具有一定的局限性，只能适用于宏观、低速运动的物体，而对于微观、高速运动的物体则不适用，并不具有普遍性，故A、D错误；相对论与量子力学的出现并未否定牛顿力学，而是补充了牛顿力学的不足，它们并不能替代牛顿力学的地位，故B错误；牛顿力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是牛顿力学的基础，故C正确。]
7．ABD [牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B、D正确；当物体运动的速率接近于光速时，牛顿力学就不适用了，故C错误。]
8．BC [牛顿力学适用于宏观低速物体的运动，不适用于微观高速粒子的运动，故A错误，C正确；牛顿力学适用于宏观低速物体的运动，所以牛顿力学理论的成立具有一定的局限性，故B正确；牛顿力学适用于宏观低速的物体的运动，不适用于微观高速粒子的运动，所以量子力学与相对论并没有否定牛顿力学，故D错误。]
9．C [根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的，飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢，故C正确。]
10．A [根据光速不变原理，可知光以光速c传播，在飞船参考系中，可得飞船的固有长度L0＝cΔt，故A正确。]
11．解析：(1)由于题中恒星与地球的距离s和宇宙飞船的速度v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔Δt＝≈2.87×108 s。
(2)可从相对论的时间延缓效应考虑，把飞船离开地球和回到地球视为两个事件，显然飞船上的钟测出两事件的时间间隔Δt′是固定的，地球上所测的时间间隔Δt与Δt′之间满足时间延缓效应的关系式。以飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔为Δt′＝Δt≈1.28×107 s。
答案：(1)2.87×108 (2)1.28×107
12．解析：由狭义相对论知，在运动方向上，观察者测得的立方体边长L＝L0，而在垂直于运动方向上，测得的立方体边长不变，所以观察者测得的立方体的体积V＝L＝。
答案：
13．D [如果观察者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，然而当观察者和梭镖一起运动时，观察者看到的管子就缩短了，所以在某些位置，观察者可以看到梭镖两端都伸出管子，则D正确，A、B、C错误。]1
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C
C
ABD
BC
C
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