【講與練】高中物理人教版(2019)必修2：7.5 相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)局限性提能作業(yè)習(xí)題

第七章5．相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)局限性合格考訓(xùn)練1．(2022·徐州高一統(tǒng)考期末)物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。下列關(guān)于物理學(xué)的一些重大事件和科學(xué)方法，說(shuō)法正確的是(A)A．伽利略把科學(xué)實(shí)驗(yàn)與邏輯推理相結(jié)合得到了自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．牛頓采用比值定義法得到了加速度的表達(dá)式a＝eq\f(F,m)C．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，并測(cè)出了引力常量D．愛因斯坦的相對(duì)論否定了牛頓力學(xué)理論，成功解決了宏觀物體的高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題解析：伽利略把科學(xué)實(shí)驗(yàn)與邏輯推理相結(jié)合得到了自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故A正確；此式為牛頓第二定律，是實(shí)驗(yàn)定律，即物體的加速度與物體所受的合力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，并不是比值定義法，故B錯(cuò)誤；牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，而卡文迪什通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)出了引力常量，故C錯(cuò)誤；愛因斯坦的相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)理論，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新高度，成功解決了宏觀物體的高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，故D錯(cuò)誤。故選A。2．離開地面6km高空存在某μ子源，產(chǎn)生的μ子以0.99c(c為真空中光速)飛向地面。已知μ子的靜止壽命為3.0×10－6s。地面能收到該源的μ子，則(A)A．高速μ子的壽命大于3.0×10－6sB．高速μ子的壽命等于3.0×10－6sC．μ子參考系下觀察到離地距離大于6kmD．μ子參考系下觀察到離地距離等于6km解析：根據(jù)鐘慢效應(yīng)t＝eq\f(t0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))＝eq\f(3.0×10－6,\r(1－0.992))>t0，由此可知，高速μ子的壽命大于3.0×10－6s，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)尺縮效應(yīng)l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)<l0，由此可知，μ子參考系下觀察到離地距離應(yīng)小于6km，故C、D錯(cuò)誤。故選A。3．(2023·黃浦高一期末)設(shè)某人在速度為0.5c的飛船上打開一個(gè)光源，則下列說(shuō)法正確的是(D)A．飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5cB．飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5cC．在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是eq\f(\r(5),2)cD．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c解析：根據(jù)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)之一：光速不變?cè)砜芍?，即光在真空中沿任何方向傳播速度都是c，則觀察者在地面上和在飛船中觀測(cè)光的速度均為c。故選D。4．(多選)對(duì)于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))，下列說(shuō)法正確的是(CD)A．式中的m0是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量B．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度v>0時(shí)，物體的質(zhì)量m>m0，即物體的質(zhì)量改變了，故經(jīng)典力學(xué)不適用，是不正確的C．當(dāng)物體以較小速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化十分微小，經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，只有當(dāng)物體以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化才明顯，故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)，而不適用于高速運(yùn)動(dòng)D．通常由于物體的運(yùn)動(dòng)速度太小，故質(zhì)量的變化引不起我們的感覺，因此在分析地球上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不必考慮質(zhì)量的變化解析：公式中，m0為物體靜止的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；當(dāng)v接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)不適用，物體速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，故B錯(cuò)誤；物體速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，質(zhì)量的變化可以忽略不計(jì)，即經(jīng)典力學(xué)適用于低速，不適用于高速，故C正確；地球上的物體運(yùn)動(dòng)速度一般比較小，經(jīng)典力學(xué)適用，故D正確。故選CD。5．(多選)下列說(shuō)法正確的是(AB)A．經(jīng)典力學(xué)包含在相對(duì)論之中，是相對(duì)論的特例B．廣義相對(duì)論是一種新的時(shí)空與引力理論C．物理學(xué)家牛頓在實(shí)驗(yàn)室利用扭秤裝置測(cè)出了引力常量D．如果物體在地面上靜止不動(dòng)。任何人在任何參考系里測(cè)出的物體長(zhǎng)度都是一樣的解析：經(jīng)典力學(xué)是狹義相對(duì)論在低速(v?c)條件下的近似，因此經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例，A正確；廣義相對(duì)論是一種新的時(shí)空與引力的理論，它能很好地解釋水星近日點(diǎn)的旋進(jìn)現(xiàn)象，B正確；牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律后，物理學(xué)家卡文迪許利用扭秤裝置比較精確地測(cè)出了引力常量，C錯(cuò)誤；根據(jù)狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理，在不同的參考系中，測(cè)量的物體的長(zhǎng)度不一定相同，D錯(cuò)誤。故選AB。6．(2022·鄭州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校高一階段練習(xí))下列對(duì)經(jīng)典力學(xué)的說(shuō)法中，不正確的是(D)A．牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)的理論體系B．用經(jīng)典力學(xué)能夠解釋高速列車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律C．用經(jīng)典力學(xué)不能解釋微觀高速粒子的某些現(xiàn)象D．相對(duì)論和量子理論完全否定了經(jīng)典力學(xué)解析：牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)的理論體系，A正確，不符合題意；用經(jīng)典力學(xué)能夠解釋高速列車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)楦咚倭熊嚨乃俣冗h(yuǎn)低于光速，B正確，不符合題意；經(jīng)典力學(xué)不適合微觀高速，所以用經(jīng)典力學(xué)不能解釋微觀高速粒子的某些現(xiàn)象，C正確，不符合題意；相對(duì)論和量子理論沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，D錯(cuò)誤，符合題意。故選D。7．(多選)如圖甲所示，質(zhì)子束被加速到接近光速；如圖乙所示，中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體。下列說(shuō)法正確的是(BD)A．牛頓力學(xué)適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．牛頓力學(xué)不適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律C．牛頓力學(xué)適用于中子星的引力規(guī)律D．牛頓力學(xué)不適用于中子星的引力規(guī)律解析：牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也不適用于中子星的引力規(guī)律。故選BD。8．(2022·周口高一期末)關(guān)于物理學(xué)相關(guān)知識(shí)，下列敘述中正確的是(C)A．小船渡河時(shí)因水流速度忽然增大而縮短了渡河的時(shí)間B．伽利略經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察與計(jì)算，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律C．狹義相對(duì)論以兩個(gè)基本假設(shè)為前提：相對(duì)性原理和光速不變?cè)鞤．通過(guò)萬(wàn)有引力定律計(jì)算可知，只要適當(dāng)調(diào)整高度，廣州上空也可能存在同步衛(wèi)星解析：將小船渡河的運(yùn)動(dòng)分解為沿河岸的運(yùn)動(dòng)和垂直河岸的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性和等時(shí)性可知水流速度忽然增大不影響垂直河岸的運(yùn)動(dòng)，則渡河的時(shí)間不變，故A錯(cuò)誤；第谷經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察得到行星運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，開普勒根據(jù)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，故B錯(cuò)誤；愛因斯坦的狹義相對(duì)論以兩個(gè)基本假設(shè)為前提：相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，故C正確；地球同步衛(wèi)星的周期為24h，高度一定為36000km，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)樽晕飨驏|，定點(diǎn)在赤道上方，而廣州在北緯22°，故廣州上空不可能存在同步衛(wèi)星，故D錯(cuò)誤。故選C。等級(jí)考訓(xùn)練9．(2023·漳州高一期末)一艘太空飛船以0.6c(c為光速)的速度飛向地球，下列說(shuō)法正確的是(B)A．地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度等于1.6cB．地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度等于cC．飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度等于1.6D．飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度等于0.4c解析：根據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論有關(guān)光速不變?cè)?，飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度等于c，地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度也等于c，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。故選B。10．(2022·自貢高一期末)下列關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)的說(shuō)法中正確的是(A)A．愛因斯坦相對(duì)性原理是狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)之一B．質(zhì)量增大是狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)之一C．時(shí)間延緩是狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)之一D．長(zhǎng)度縮短是狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)之一解析：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)是愛因斯坦相對(duì)性原理和光速不變?cè)恚蔄正確；相對(duì)論的基本假設(shè)中不包括長(zhǎng)度縮短、時(shí)間延緩和質(zhì)量增大，故B、C、D錯(cuò)誤。故選A。11．(2022·長(zhǎng)寧高一期末)有一艘從地球勻速飛向太空的宇宙飛船，地球上的觀察者發(fā)現(xiàn)宇宙飛船上的鐘比地球上的走得慢，則宇宙飛船上的觀察者(C)A．也認(rèn)為自己的鐘比地球上的走得慢B．發(fā)現(xiàn)飛船上鐘的快慢與其在地球上時(shí)確實(shí)有變化C．發(fā)現(xiàn)地球上的鐘比飛船上的走得慢D．認(rèn)為地球上觀察者記錄的時(shí)間不準(zhǔn)確解析：根據(jù)鐘慢效應(yīng)，宇宙飛船高速飛向太空時(shí)，地球上的觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙飛船上的鐘比地球上的走得慢，而飛船上的人觀察飛船是不運(yùn)動(dòng)的，所以飛船上的時(shí)鐘沒(méi)有變慢，正常走時(shí)；而飛船相對(duì)地球是運(yùn)動(dòng)的，則飛船上的觀察者觀察到地球上時(shí)間進(jìn)程變慢了，即發(fā)現(xiàn)地球上的鐘比飛船上的走得慢，則選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，C正確。故選C。12．(2022·廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一期末)下列說(shuō)法中正確的是(B)A．牛頓測(cè)出了引力常量，他被稱為“稱量地球質(zhì)量”第一人B．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為物體的長(zhǎng)度會(huì)因物體的速度不同而不同C．所有行星的軌道半長(zhǎng)軸跟公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都相同D．丹麥天文學(xué)家第谷經(jīng)過(guò)多年的天文觀測(cè)和記錄，提出了“日心說(shuō)”的觀點(diǎn)解析：卡文迪什測(cè)出了引力常量，他被稱為“稱量地球質(zhì)量”第一人，故A錯(cuò)誤；相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為物體的長(zhǎng)度會(huì)因物體的速度不同而不同，故B正確；繞同一恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的所有行星的軌道半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相同，故C錯(cuò)誤；哥白尼提出了“日心說(shuō)”的觀點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。故選B。13．(2023·徐州高一期中)如圖所示，位于教室中央的光源發(fā)出一個(gè)閃光，閃光照到了教室的前壁和后壁。教室的長(zhǎng)度為10m。在平行于教室高速運(yùn)動(dòng)的太空飛船上的觀察者(B)A．測(cè)得照到前壁的光速度小于cB．觀測(cè)到飛船上的時(shí)間進(jìn)程比教室快C．測(cè)得教室的長(zhǎng)度大于10mD．觀察到光先到達(dá)后壁解析：根據(jù)光速不變?cè)恚瑴y(cè)得照到前壁的光速等于c，觀察到光同時(shí)到達(dá)前壁和后壁，A、D錯(cuò)誤；根據(jù)相對(duì)論原理，測(cè)得教室的長(zhǎng)度小于10m，C錯(cuò)誤；根據(jù)相對(duì)論原理，觀測(cè)到飛船上的時(shí)間進(jìn)程比教室快，B正確。故選B。14．(多選)(2023·宿遷高一期中)1905年到1915年間，愛因斯坦先后發(fā)表的狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論在20世紀(jì)改變了理論物理學(xué)和天文學(xué)，取代了主要由牛頓創(chuàng)立的有200年歷史的力學(xué)理論。狹義相對(duì)論適用于基本粒子及其相互作用，描述了除引力以外的所有物理現(xiàn)象。廣義相對(duì)論解釋了引力定律及其與其他自然力的關(guān)系，適用于宇宙學(xué)和天體物理學(xué)領(lǐng)域，包括天文學(xué)。下列有關(guān)相對(duì)論的內(nèi)容，說(shuō)法不正確的是(BD)A．狹義相對(duì)論的兩條基本假設(shè)是相對(duì)性原理與光速不變?cè)鞡．飛船以0.2c的速度航行，若飛船向正前方的某一星球發(fā)射激光，則該星球上的觀察者測(cè)量到的激光速度為1.2cC．牛頓力學(xué)是相對(duì)論在宏觀、低速(與光速相比)情況下的特例D．已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0μs。當(dāng)它以0.99c的速度飛行，若以μ子為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命變長(zhǎng)解析：狹義相對(duì)論的兩條基本假設(shè)是相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，A正確；根據(jù)狹義相對(duì)論的假設(shè)，真空中光速相對(duì)于不同的慣性參考系是相同的，即在任何地方的光速都是c，B錯(cuò)誤；牛頓力學(xué)是相對(duì)論在宏觀、低速(與光速相比)情況下的特例，C正確；當(dāng)μ子以0.99c的速度飛行，若以μ子為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命不變，但對(duì)于地面上的觀察者來(lái)說(shuō)，平均壽命變長(zhǎng)，D錯(cuò)誤；故選BD。15．(多選)關(guān)于相對(duì)論及相關(guān)問(wèn)題，下列說(shuō)法正確的是(AC)A．狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度v>0時(shí)，物體的質(zhì)量m>m0，即物體的質(zhì)量改變了，故經(jīng)典力學(xué)不再適用C．當(dāng)物體以較小的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化十分微小，如分析地球上物體的運(yùn)動(dòng)就不必考慮質(zhì)量變化D．按照相對(duì)論理論，一個(gè)真實(shí)的靜止質(zhì)量不為零的物體相對(duì)任何慣性參考系的速度有可能超過(guò)光速解析：狹義相對(duì)論認(rèn)為一切物理定律(除引力外的力學(xué)定律、電磁學(xué)定律以及其他相互作用的動(dòng)力學(xué)定律)在所