7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（分层练习）-【教学无忧】2024-2025学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）

本卷由系统自动生成，请仔细校对后使用，【【【【【答案】】】】】仅供参考 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 基础题组 1、 相对论时空观 1.设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，(c为真空中传播的光速)则下列说法正确的是(　　) A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 2.(2023·南京市高一期中)A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝相反方向飞行的飞行器中，且v1<v2，A观察者认为走得最快的时钟是(　　) A.A时钟 B.B时钟 C.C时钟 D.无法确定 3.(2023·无锡市高一期中)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，其观察的结果是(　　) A.像一只乒乓球(体积变小) B.像一只篮球(体积变大) C.像一只橄榄球(竖直放置) D.像一只橄榄球(水平放置) 二、牛顿力学的成就与局限性 4.关于牛顿力学理论，下述说法中正确的是(　　) A.牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场 B.相对论和量子力学证明了牛顿力学是错误和过时的 C.牛顿力学认为时空是相对的 D.牛顿力学可以预言各种尺度下的运动 5.(2024·台州市高一期中)下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是(　　) A.电子以接近光的速度运动 B.超音速飞行的歼-20战机 C.地球绕太阳运动 D.体育课上，被小明同学抛出的篮球 能力提升 6. 飞船以0.9c的速度做匀速直线运动(c为光在真空中的传播速度)，并向运动的反方向发出电磁波，甲在飞船内，乙在地球上，以下说法符合实际的是(　　) A. 甲、乙观察到飞船内时钟快慢一样 B. 发出的电磁波相对于飞船的速度为1.9c C. 乙观察到飞船内桌子的长度比静止时短 D. 乙观察到与飞船保持相对静止的桌子做匀加速直线运动 7. 2015年9月科学家探测到宇宙中距离我们13亿光年的两个黑洞合并而产生的引力波，填补了爱因斯坦广义相对论实验验证的最后一块“拼图”．关于相对论下列说法正确的是(　　) A. 经典时空观认为时间和空间是相互关联的 B. 相对于观察者运动的时钟会变慢 C. 在运动的参照系中测得的光速与其运动的速度有关 D. 同一物体的长度不随观察者所处参考系的变换而改变 8. 设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是(　　) A. 飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B. 飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C. 在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D. 在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 9. 地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在高速运动的火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图所示)，哪个事件先发生(　　) A. A事件先发生 B. B事件先发生 C. 两个事件同时发生 D. 可能是A事件先发生，也可能是B事件先发生 10. 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，当列车经过B时，铁塔B发出一个闪光，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 11. 在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的观察者和火箭中的工作人员观察到的现象，下列说法正确的是(　　) A. 地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 B. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变慢了 C. 火箭中的工作人员观察到火箭的长度不变而时间进程却变化了 D. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变快了 12. 美国科学家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经典力学的局限性．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 13. 下列描述的运动，牛顿运动定律不适用的是(　　) A. 研究原子中电子的运动 B. 研究“神舟十号”飞船的高速发射 C. 研究地球绕太阳的运动 D. 研究飞机从北京飞往纽约的航行 14. 有两辆较长的火车A和B，火车A静止不动，A的中央有一个光源，在某时刻发出一个闪光．此时火车B正以较大的速度在平行于火车A的轨道上匀速运动，如图所示．关于火车A和火车B上的观察者观察到的现象，下列说法正确的是(　　) A. 火车A上的观察看到闪光先到达火车A的前壁 B. 火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁 C. 火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁 D. 火车B上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁 15. 用相对论的观点判断，下列说法正确的是(　　) A. 时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度不会改变 B. 在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的 C. 在地面上的人看来，以10 km/s的速度向上运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些 D. 当物体运动的速度v≪c时，时间变化和长度变化效果可忽略不计 16. 关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是（） A. 在经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的 B. 在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关 C. 在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对不变的量值，而与参考系的选取无关 D. 相对论的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间物体的运动无关 17. 以下说法正确的是(　　) A. 经典物理学家认为如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中也是同时的 B. 对于宏观物体的低速运动问题，量子力学与牛顿力学的结论是一致的 C. 牛顿力学不仅适用于宏观物体的低速运动，也适用于微观粒子的高速运动 D. 相对论与量子力学否定了牛顿力学理论 18. 关于牛顿力学的伟大成就，下列论述正确的是(　　) A. 牛顿力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合 B. 牛顿力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在 C. 牛顿力学第一次向人们展示了时间的相对性 D. 人们借助于牛顿力学的研究方法，建立了完整的经典物理学体系 19. 2017年6月16日，来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发．下列说法正确的是(　　) A. 经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律 B. 经典力学适用于光子的运动规律 C. 量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律 D. 量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值 【【【【【答案】】】】】第2页 总2页 第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$本卷由系统自动生成，请仔细校对后使用，【【【【【答案】】】】】仅供参考 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 基础题组 1、 相对论时空观 1.设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，(c为真空中传播的光速)则下列说法正确的是(　　) A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 【答案】　D 【解析】　根据爱因斯坦的光速不变原理可知，在不同的惯性参考系中，光在真空中沿任何方向传播速度都是c，则观察者在地面上任何地方和在飞船中观测光的速度均为c，故选D。 2.(2023·南京市高一期中)A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝相反方向飞行的飞行器中，且v1<v2，A观察者认为走得最快的时钟是(　　) A.A时钟 B.B时钟 C.C时钟 D.无法确定 【答案】　A 【解析】　根据公式Δt=可知，时钟相对于观察者的速度v越小，其上的时间进程越快，地面上的时钟A的速度v=0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的时钟走得最快。故选A。 3.(2023·无锡市高一期中)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，其观察的结果是(　　) A.像一只乒乓球(体积变小) B.像一只篮球(体积变大) C.像一只橄榄球(竖直放置) D.像一只橄榄球(水平放置) 【答案】　C 【解析】　根据狭义相对论，以观察者为参考系，则排球以接近光速的速度反向运动，由长度收缩效应可知，观察者测得排球水平宽度变短，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。故选C。 二、牛顿力学的成就与局限性 4.关于牛顿力学理论，下述说法中正确的是(　　) A.牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场 B.相对论和量子力学证明了牛顿力学是错误和过时的 C.牛顿力学认为时空是相对的 D.牛顿力学可以预言各种尺度下的运动 【答案】　A 【解析】　牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场，A正确；相对论和量子力学适用于微观高速粒子的运动，并没有否定牛顿力学，B错误；牛顿力学中，认为时间和空间都是绝对的，C错误；牛顿力学不适用于微观、高速情况下的运动，D错误。 5.(2024·台州市高一期中)下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是(　　) A.电子以接近光的速度运动 B.超音速飞行的歼-20战机 C.地球绕太阳运动 D.体育课上，被小明同学抛出的篮球 【答案】　A 【解析】　牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，对微观高速运动的粒子不再适用，因此当电子以接近光的速度运动时，牛顿力学不再适用；而超音速飞行的歼-20战机、地球绕太阳运动以及抛出的篮球都属于宏观低速运动的物体，牛顿力学完全适用。故选A。 能力提升 6. 飞船以0.9c的速度做匀速直线运动(c为光在真空中的传播速度)，并向运动的反方向发出电磁波，甲在飞船内，乙在地球上，以下说法符合实际的是(　　) A. 甲、乙观察到飞船内时钟快慢一样 B. 发出的电磁波相对于飞船的速度为1.9c C. 乙观察到飞船内桌子的长度比静止时短 D. 乙观察到与飞船保持相对静止的桌子做匀加速直线运动 【答案】C 【解析】根据狭义相对论的时间延缓效应，因此甲、乙观察到飞船内时钟快慢不一样，A错误；根据光速不变原理，在不同的惯性参考系中，光在真空中沿任何方向的传播速度均为c，即发出的电磁波相对于飞船的速度为c，B错误；根据狭义相对论的长度收缩效应，在相对于观察者移动的方向上，物体被测量的长度缩短，则乙观察到飞船内桌子的长度比静止时短，C正确；桌子与飞船保持相对静止，飞船以0.9c的速度做匀速直线运动，则乙观察到桌子也以0.9c的速度做匀速直线运动，D错误。 7. 2015年9月科学家探测到宇宙中距离我们13亿光年的两个黑洞合并而产生的引力波，填补了爱因斯坦广义相对论实验验证的最后一块“拼图”．关于相对论下列说法正确的是(　　) A. 经典时空观认为时间和空间是相互关联的 B. 相对于观察者运动的时钟会变慢 C. 在运动的参照系中测得的光速与其运动的速度有关 D. 同一物体的长度不随观察者所处参考系的变换而改变 【答案】B 【解析】经典时空观认为时间和空间是绝对不变的，故A错误；根据时间延缓效应，相对论时空观认为相对于观察者运动的时钟会变慢，故B正确；根据爱因斯坦的光速不变原理可知，在所有惯性参考系中光速是恒定的，故C错误；根据长度收缩效应，相对论时空观认为同一物体的长度会随观察者相对参考系的运动而改变，故D错误． 8. 设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是(　　) A. 飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B. 飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C. 在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D. 在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 【答案】D 【解析】根据爱因斯坦的光速不变原理可知，即光在真空中沿任何方向传播速度都是c，则观察者在地面上任何地方和在飞船中观测光的速度均为c，故选D. 9. 地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在高速运动的火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图所示)，哪个事件先发生(　　) A. A事件先发生 B. B事件先发生 C. 两个事件同时发生 D. 可能是A事件先发生，也可能是B事件先发生 【答案】B 【解析】可以设想，在A事件发生时，A处发出一个闪光，在B事件发生时，B处发出一个闪光，两闪光相遇作为一个事件，发生在线段AB的中点，这在不同的参考系中都是一样的．这个现象在地面参考系中很容易解释，两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇．火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭的方向运动，从闪光发生到两闪光相遇，线段中点向火箭的方向运动了一段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的传播速度相同，一定是闪光B发出得早一些，所以B事件先发生，选项B正确． 10. 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，当列车经过B时，铁塔B发出一个闪光，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 【答案】C 【解析】因列车沿AC方向接近光速行驶，故列车靠近C远离A，所以光由铁塔B发出后，C的反射光先到达列车上的观察者，可以观察到C先被照亮，故选C. 11. 在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的观察者和火箭中的工作人员观察到的现象，下列说法正确的是(　　) A. 地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 B. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变慢了 C. 火箭中的工作人员观察到火箭的长度不变而时间进程却变化了 D. 地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变快了 【答案】A 【解析】根据爱因斯坦相对论可知，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了，故A正确，B、D错误．运动是相对的，火箭上的工作人员观察到火箭的长度不变且时间进程也不变，故C错误． 12. 美国科学家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经典力学的局限性．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 【答案】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，经典力学仍然是正确的，不会过时也不会失去价值，故C、D错误． 13. 下列描述的运动，牛顿运动定律不适用的是(　　) A. 研究原子中电子的运动 B. 研究“神舟十号”飞船的高速发射 C. 研究地球绕太阳的运动 D. 研究飞机从北京飞往纽约的航行 【答案】A 【解析】牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，而低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿运动定律适用于B、C、D选项中描述的运动，故选A. 14. 有两辆较长的火车A和B，火车A静止不动，A的中央有一个光源，在某时刻发出一个闪光．此时火车B正以较大的速度在平行于火车A的轨道上匀速运动，如图所示．关于火车A和火车B上的观察者观察到的现象，下列说法正确的是(　　) A. 火车A上的观察看到闪光先到达火车A的前壁 B. 火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁 C. 火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁 D. 火车B上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁 【答案】BC 【解析】由于火车A静止，光源发出的光传播到前、后壁的距离相同，所以火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁，选项A错误，B正确；火车B上的观察者感到火车A的前、后壁到光源的距离不同，而光速不变，所以火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁，选项D错误，C正确． 15. 用相对论的观点判断，下列说法正确的是(　　) A. 时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度不会改变 B. 在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的 C. 在地面上的人看来，以10 km/s的速度向上运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些 D. 当物体运动的速度v≪c时，时间变化和长度变化效果可忽略不计 【答案】BCD 【解析】按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt＝ 可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对宇航员是静止的，则时钟准确，B正确；由l＝l0 可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确；当物体运动的速度v≪c时，时间变化和长度变化效果可忽略不计，D正确． 16. 关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是（） A. 在经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的 B. 在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关 C. 在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对不变的量值，而与参考系的选取无关 D. 相对论的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间物体的运动无关 【答案】AC 【解析】在经典力学的时空观中，同时是绝对的，选项A对；在相对论的时空观中，时间间隔是相对的，选项B错误；在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，选项C对；相对论的时空观是一个相对的时空观，选项D错误． 17. 以下说法正确的是(　　) A. 经典物理学家认为如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中也是同时的 B. 对于宏观物体的低速运动问题，量子力学与牛顿力学的结论是一致的 C. 牛顿力学不仅适用于宏观物体的低速运动，也适用于微观粒子的高速运动 D. 相对论与量子力学否定了牛顿力学理论 【答案】AB 【解析】经典物理学家认为，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的，而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的，故A正确；相对论和量子力学的出现，并没有否定牛顿力学，牛顿力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形，故B正确，D错误；牛顿力学只适用于宏观物体的低速运动，故C错误。 18. 关于牛顿力学的伟大成就，下列论述正确的是(　　) A. 牛顿力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合 B. 牛顿力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在 C. 牛顿力学第一次向人们展示了时间的相对性 D. 人们借助于牛顿力学的研究方法，建立了完整的经典物理学体系 【答案】AD 【解析】牛顿力学把天上物体的运动和地面上物体的运动统一了起来，第一次实现了人类对自然界认识的理论大综合．在研究方法上，人们把牛顿力学中行之有效的实验与数学相结合的方法推广到物理学的各个分支上，相继建立了热学、声学、光学、电磁学等，形成了完整的经典物理学体系．综上所述，应选AD. 19. 2017年6月16日，来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发．下列说法正确的是(　　) A. 经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律 B. 经典力学适用于光子的运动规律 C. 量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律 D. 量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值 【答案】AC 【解析】经典力学适用于宏观、低速物体的运动，“墨子号”绕地球的运动属于宏观、低速物体的运动，故A正确；量子力学适用于微观、高速物体的运动，如光子的运动，而对于高速运动的光子，经典力学已经不再适用，故B错误；量子力学可以描述光子的运动规律，而且量子力学和经典力学的适用范围不同，各自在自己的范围内是有价值的，故C正确，D错误． 【【【【【答案】】】】】第2页 总2页 第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$