高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性同步练习题

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

基础过关练

题组一　相对论时空观

1.(2020湖北应城一中高二上期中)以下哪项属于爱因斯坦对相对论提出的基本假设(　　)

A.一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小

B.在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的

C.真空中的光速在不同的惯性参考系都是不相同的

D.相对论认为时间和空间与物体的运动状态有关

2.(多选)下列对爱因斯坦相对论时空观的理解正确的是(　　)

A.在不同惯性系中,基本的物理规律可能是不同的

B.在不同惯性系中,光在真空中的传播速度均相同

C.爱因斯坦相对论时空观适用于任何参考系,即适用于一切物体

D.爱因斯坦相对论时空观只涉及惯性系

3.有两个对准的标准钟,一个留在地面上,另一个放在高速飞行的飞船上,则下列说法正确的是(　　)

A.飞船上的人看到飞船内的钟比地面上的钟走得慢

B.地面上的人看到地面上的钟比飞船上的钟走得慢

C.地面上的人看到地面上的钟比飞船上的钟走得快

D.因为是两个对准的标准钟,所以两钟走时快慢相同

4.(2020河南郑州高二学业水平考试模拟)如图所示,假设一根10 cm长的梭镖以接近光速的速度穿过一根10 cm长静止的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中,最准确地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)

A.静止的观察者看到梭镖收缩变短,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖

B.静止的观察者看到梭镖变长,因此在某个位置,梭镖从管子的两端伸出来

C.静止的观察者看到两者的收缩量相等,因此在某个位置,管子仍恰好遮住梭镖

D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动,则二者的相对速度是2c

5.(2019天津和平高一下月考)若一列火车以接近光速的速度在高速行驶,车上的人用望远镜来观察地面上的一只排球,如果观察得很清晰,则观察结果是(　　)

A.像一只乒乓球(球体变小)   B.像一只篮球(球体变大)

C.像一只橄榄球(竖直放置)  D.像一只橄榄球(水平放置)

6.下列说法中不正确的是(　　)

A.杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,这是经典物理学家的观点

B.由静止的人来测,沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小

C.杆静止时的长度为l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0

D.如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了

题组二　牛顿力学的成就与局限性

7.(多选)下列叙述中,属于绝对时空观内容的是(　　)

A.在任何参考系中测量同一个物体,都具有相同的长度

B.光速是自然界中的极限速度,任何事物的速度都不能超过光速

C.任何事物所经历的时间,在不同的参考系中测量都是相同的

D.同时是相对的

8.(2020辽宁阜新二中高一下测试)下列运动中,牛顿力学的规律不适用的是(　　)

A.子弹的飞行  B.飞船绕地球的运行

C.列车的运行  D.粒子接近光速的运动

9.(2020江苏常熟高一下期中)美国科学家于2016年2月11日宣布,他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学,下列说法正确的是(　　)

A.牛顿力学完全适用于宏观低速运动

B.牛顿力学取得了巨大成就,是普遍适用的

C.随着物理学的发展,牛顿力学将逐渐成为过时的理论

D.由于相对论的提出,牛顿力学已经失去了它的应用价值

10.(2020辽宁大连长兴岛高级中学高一下期中)下列关于牛顿经典力学和爱因斯坦相对论的说法正确的是(　　)

A.不论宏观物体,还是微观粒子,牛顿力学和爱因斯坦相对论都适用

B.无论是宏观、低速还是微观、高速运动的物体,爱因斯坦相对论都适用

C.当物体的运动速度远小于光速时,爱因斯坦相对论和牛顿力学的结论是不一致的

D.随着物理学的发展,牛顿力学将逐渐成为过时的理论

答案全解全析

基础过关练

1.B　爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的,其他内容均建立在这两条基本假设基础之上,故B正确,A、C、D错误。

2.BD　根据爱因斯坦相对论的观点,在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的,选项A错误;在一切惯性系中,光在真空中的传播速度都相等,选项B正确;爱因斯坦相对论时空观只涉及惯性系,选项C错误,D正确。

3.C　基于爱因斯坦的两个假设,可得到时间的延缓效应,故地面上的人看到飞船上的钟变慢了,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,故C正确。

4.A　根据相对论时空观的长度收缩效应,如果梭镖相对于观察者运动,那么梭镖收缩变短,而管子长度不变,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖,选项A正确,B、C错误;由光速不变原理可知物体的速度不会超过光速c,选项D错误。

5.C　根据相对论时空观,以观察者为参考系,则排球以接近光速的速度反向运动,根据长度收缩效应可知,观察者观察到排球的水平宽度变短,竖直长度不变,因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球,选项C正确。

6.C　若杆沿垂直于自身长度的方向运动,它的长度将不变,选项C不正确。

7.AC　根据绝对时空观,时间和空间都是绝对的,在任何参考系中测量同一个物体,都具有相同的长度;任何事物所经历的时间,在不同的参考系中测量都是相同的,选项A、C正确,B、D错误。

8.D　牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体,不适用于微观、高速运动的物体。子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行,这些都是宏观物体的低速运动,牛顿力学均适用;而粒子接近光速的运动属于微观粒子的高速运动,牛顿力学不再适用,选项D正确。

9.A　牛顿力学适用于低速运动的宏观物体,选项A正确;牛顿力学取得了巨大的成就,但它具有一定的局限性,并不是普遍适用的,选项B错误;在微观高速领域,要用量子力学和相对论理论来解释,但是并不会因为相对论和量子力学的出现,就否定了牛顿力学,牛顿力学作为某些条件下的特殊情形,被包括在新的科学成就之中,不会过时,不会失去价值,选项C、D错误。

10.B　牛顿力学只适用于宏观世界中的低速运动,爱因斯坦相对论在任何情况下都适用,选项A错误,B正确;当物体的运动速度远小于光速时,爱因斯坦相对论和牛顿力学的结论是一致的,选项C错误;牛顿力学有自身的局限性和适用范围,对于宏观物体的低速运动,牛顿力学仍然适用,并仍将在它适用范围内大放异彩,选项D错误。