沪科版（2020）必修第二册第二节 相对论初步一课一练

2022—2023学年高一教科版（2019）必修第二册

第五章     经典力学的局限性与相对论初步

第六章     单元检测卷3（含解析）

一、单选题（共35分）

1．下列说法正确的是（　　）

A．牛顿对引力常量G进行了准确测定，并于1687年发表在《自然哲学的数学原理》中

B．牛顿做了月地检验，证明了地面上物体所受引力和天体间引力遵循相同的规律

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．经典力学适用于微观高速运动的物体

2．下列关于恒星体积大小由大至小排列正确的是（　　）

A．白矮星 超巨星 巨星 中子星 B．中子星 白矮星 超巨星 巨星

C．超巨星 巨星 白矮星 中子星 D．超巨星 巨星 中子星 白矮星

3．下列说法正确的是（　　）

A．橡胶棒和毛皮摩擦后，毛皮带负电荷

B．避雷针是利用尖端放电将云层中积聚的电荷导入大地使建筑物避免雷击

C．牛顿进行了“月地检验”，他比较了月球表面上物体的重力加速度和地球表面物体的重力加速度

D．物体在接近光速运动时，仍然遵从牛顿运动定律

4．经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（　　）

A． B．

C． D．

5．下面关于科学家做的贡献，说法正确的是（　　）

A．牛顿通过扭秤实验测出了万有引力常量

B．卡文迪什被称为“第一个称量地球质量的人”

C．爱因斯坦发现了相对论并成功推翻牛顿力学体系

D．开普勒独立观测了行星数据并总结出了开普勒三大定律

6．在物理理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。下列关于科学家和物理规律说法正确的是（       ）

A．牛顿的万有引力定律仅适用于天体之间

B．开普勒发现了行星的运动规律

C．相对论时空观表明牛顿力学已不再适用

D．牛顿通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在

7．相对论已成为迄今人们认知并描述高速世界的最好理论工具。创建相对论的科学家是（　　）

A．牛顿 B．伽利略 C．开普勒 D．爱因斯坦

二、多选题（共25分）

8．下列说法正确的是（　　）

A．相对论与量子力学否定了经典力学理论

B．狭义相对论只适用于惯性参考系

C．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象

D．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理

9．“如果说我比别人（笛卡尔）看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上。”这是人们熟知的牛顿的名言，常理解为这是牛顿的谦逊，也有人说这是牛顿对身材矮小、相貌丑陋的胡克的讽刺。但牛顿在前人或同时代其他科学家研究成果的基础上建立牛顿运动定律，发现万有引力定律却是不争的事实。牛顿运动定律虽然撑起了经典物理大厦，大大推进了人类文明进程，但它也不是万能的。对牛顿定律不适用的现象，有以爱因斯坦相对论为基础建立的相对论，有以普朗克、爱因斯坦的量子理论为基础建立的量子理论，在物理世界里也是“江山代有才人出，各领风骚数百年。”（清·赵翼）关于牛顿运动定律的适用范围，下列说法正确的是（　　）

A．适用于一切参考系中的力学现象

B．适用于宏观物体的低速运动

C．不适用于微观粒子的运动

D．适用于宏观物体速度接近光速的运动现象

10．按照爱因斯坦的广义相对论，下列说法中正确的是（　　）

A．天体之间的引力作用是时空弯曲的表现

B．光线经过太阳附近时会发生弯曲

C．氢原子发射的光从太阳传播到地球时，它的频率要比地球上氢原子发射的光的频率低

D．光在真空中任何情况下都是沿直线传播的

11．假设一列100m长的火车以接近光速的速度穿过一根100m长的隧道，它们的长度都是在静止状态下测量的，下列关于看到的现象判断正确的是(   )

A．相对隧道静止的观察者会看到，火车变短，在某些位置上，隧道能完全遮住它

B．相对隧道静止的观察者会看到，隧道变短，在某些位置上，火车从隧道的两端伸出来

C．相对火车静止的观察者会看到，火车变短，在某些位置上，隧道能完全遮住它

D．相对火车静止的观察者会看到，隧道变短，在某些位置上，火车从隧道的两端伸出来

12．以下说法中正确的是（　　）

A．在同一种玻璃中，频率越大的光速度越小

B．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在

C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应

D．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的

三、解答题（共40分）

13．查阅资料，了解典型的恒星演化过程，并与同学们交流。

14．也许你会疑惑，为什么在日常生活中未发现长度收缩、时间延缓或质量随速度增大而增加的现象。请你从长度收缩公式和质速关系式出发，探索牛顿运动定律在宏观低速世界的合理性。

15．简述爱因斯坦在狭义相对论中提出的两个基本假设。

16．当在透明介质里穿行的带电粒子的速度超过那里的光速时，会发出一种特殊的辐射，叫做切伦科夫辐射。查阅资料，简述切伦科夫辐射。

参考答案

1．B

【解析】

【详解】

A．引力定律是牛顿发现的，但引力常量是卡文迪许测出来的，故A错误；

B．为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵守同样的规律，牛顿做过著名的“月—地” 检验。基本想法是：如果重力和星体间的引力是同一性质的力，那么月球绕地球做近似圆周运动的向心加速度就应该是地面重力加速度的，因为月心到地心的距离是地球半径的60倍，牛顿通过计算证明他的想法是正确的，故B正确；

C．根据相对论，当一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小；当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C错误；

D．经典力学适用于宏观低速运动的物体，故D错误。

故选B。

2．C

【解析】

【详解】

超巨星的体积非常大，它的半径通常是太阳的倍，甚至超过太阳的倍；巨星的体积很大，它的半径通常是太阳的倍；白矮星是体积小，亮度低，但质量大，密度极高；中子星体积很小，质量却很大，它们的体积大小由大至小依次为：超巨星、巨星、白矮星、中子星，C正确，ABD错误；

故选C。

3．B

【解析】

【详解】

A．橡胶棒和毛皮摩擦后，橡胶棒带负电荷，毛皮带正电荷，故A错误；

B．避雷针是利用尖端放电放电将云层中积聚的电荷导入大地，故B正确；

C．“月地检验”比较的是月球公转的向心加速度和地球表面上物体的重力加速度，故C错误；

D．牛顿运动定律只适用于宏观低速物体，接近光速时不适用，故D错误。

故选B。

4．D

【解析】

【详解】

经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，对微观、高速（接近光速）运动的物体不再适用，故ABC错误，D正确。

故选D。

5．B

【解析】

【详解】

AB．卡文迪什通过扭秤实验测出了万有引力常量，被称为“第一个称量地球质量的人”，故A错误，B正确；

C．以牛顿运动定律和万有引力定律为基础的经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，爱因斯坦发现的相对论并没有推翻牛顿力学体系，只是说明牛顿力学体系不适用于微观、高速领域，故C错误；

D．开普勒通过研究他的老师第谷观测的行星数据，总结出了开普勒三大定律，故D错误。

故选B。

6．B

【解析】

【详解】

A．牛顿的万有引力定律适用于可看成质点的两个物体之间，故A错误；

B． 开普勒利用第谷长期观测的数据，发现了行星的运动规律，故B正确；

C．相对论时空观并没有推翻牛顿力学，只是表明牛顿力学具有一定的局限性，故C错误；

D．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故D错误。

故选B。

7．D

【解析】

【详解】

爱因斯坦在1905年5月，提出狭义相对论，1916年3月，完成总结性论文《广义相对论的基础》，故D正确，ABC错误。

8．BC

【解析】

【分析】

【详解】

A．相对论与量子力学并不否定经典力学理论，后者是前者在一定条件下的特殊情形，A错误；

B．根据狭义相对论的基本假设可知，B正确；

C．根据光现象的成因知，C正确；

D．全息照相不是利用光的全反射原理，而是利用光的干涉原理，D错误。

故选BC。

9．BC

【解析】

【详解】

A．牛顿运动定律适用于惯性参考系中的力学现象。故A错误；

BD．牛顿运动定律适用于宏观物体的低速运动。故B正确；D错误；

C．牛顿运动定律不适用于微观粒子的运动。故C正确。

故选BC。

10．ABC

【解析】

【详解】

A．根据广义相对论，天体之间的引力作用是时空弯曲的表现，故A正确；

BD．根据广义相对论，物质的引力能够使光线弯曲，故B正确，D错误；

C．根据广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，太阳上氢原子发射的光的频率比地球上氢原子发射的光的频率低，故C正确。

故选ABC。

11．AD

【解析】

【详解】

AB．相对于隧道静止的观察者看到火车在运动，所以火车比隧道短，在某些位置火车会完全处在隧道内部，A正确，B错误；

CD．相对火车静止的观察者会看到隧道在运动，所以隧道比火车短，在某些位置火车两端都伸出隧道，C错误，D正确。

故选AD。

12．ACD

【解析】

【详解】

A．在同一种玻璃中，频率越大的光折射率越大，由

可知光的传播速度越小，故A正确；

B．麦克斯韦理论上提出了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在， 故B错误；

C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，故C正确；

D．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的，故D正确。

故选ACD。

13．见解析

【解析】

【分析】

【详解】

星系碰撞造成的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星，成年期时形成主序星，中年期时形成红巨星，超巨星。晚年到死亡以三种可能的冷态之一为终结:白矮星，中子星，黑洞。

14．见解析

【解析】

【分析】

【详解】

根据长度的相对性：，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；时间间隔的相对性：．时间有延缓效应；当物体运动的速度v＜＜c，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，质量时间可认为不变，牛顿运动具有合理性。

15．见解析

【解析】

【分析】

【详解】

两个基本假设为：

狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。

光速不变原理：真空中的光速在不同惯性系中是相同的。

16．见解析

【解析】

【详解】

当运动的带电粒子速度超越了光在同种介质中的速度时，会产生一种特殊的发光现象，这种现象叫光爆，因为首先是由切伦科夫发现的选项，也叫切伦科夫辐射；

所谓的光爆，简单的来说，就是粒子的速度超过光速时产生的效应。当运动的带电粒子的速度超越光在这种介质中的速度时，会产生一种特殊的发光现象，在真空中无法做到。

但在介质中光的相速度和群速度都会降低，所以运动的带电粒子速度超越光在这种介质中的相速度是可以做到的。这一现象常见于核反应堆的冷却水中，可以用肉眼看到到淡淡的蓝光。这种现象就是所谓的光爆，其原理与音爆类似。

真空中光速的不可突破限制住了光爆试验的可能，但液体中的光爆现象却早已被发现。1934年切伦科夫发现，超过光在透明介质中的传播速度的粒子(在2.25×108米/秒与3×108米/秒之间)，在透明介质中穿行时会发出一种淡蓝色的微弱可见光，即光爆现象，并因此在1958年获得诺贝尔奖。