7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．研究下列运动时，经典力学规律不能适用的是（　　） A．汽车在高速公路上快速行驶 B．战斗机从辽宁号航母上起飞 C．嫦娥五号探测器绕月球飞行 D．微观粒子以0.8倍光速运动 2．平直轨道上，一列火车对地速度为，火车上一激光源发出一束激光，设光速为，则地面上观察者测得激光的速度为（　　） A． B． C． D． 3．对于经典力学理论，下列说法正确的是（  ） A．经典力学能够解释微观粒子的规律性 B．经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的 C．由于相对论与量子力学的提出，经典力学已失去意义 D．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的问题 4．以下有关物理史实的说法，正确的是（　　） A．开普勒总结了万有引力定律 B．日心说是伽利略首先提出来的 C．万有引力常量G是牛顿最先测出的 D．狭义相对论理论是爱因斯坦建立的 5．牛顿创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦进一步发展了经典力学，创立了相对论。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．相对论时空观认为运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 B．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的 C．经典力学不能适用于“天问一号”宇宙探测器在火星着陆 D．在经典力学中，物体的质量随运动状态改变而改变 6．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是（　　） A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了 B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化 D．火箭上的人看地面物体长度变短，时间进程变慢了 7．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 D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 8．当物体以很大速度运动时，它的质量与静止质量m0的关系是，此时它的动能应该是（　　） A． B． C．mc2－m0c2 D．以上说法都不对 9．500米口径的中国天眼（FAST）是世界上已建成的最大的射电望远镜，可监测脉冲星，探测引力波的存在。而引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块“拼图”。关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是 （　　） A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动 B．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值 C．高速运动的μ子寿命变长这一现象，既能用相对论时空观解释，又能用经典理论解释 D．不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的 10．下列关于相对论说法中错误的是（　　） A．一根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．一根杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0 C．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了 D．经典力学认为时间和空间是绝对的，而相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关 二、多选题 11．下列说法正确的是（    ） A．经典力学适用于任何领域 B．经典力学只适用于宏观、低速物体的运动，对于微观、高速运动不适用 C．在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量随速度的增 大而增大 D．相对论与量子力学并没有否定经典力学，而认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形 12．下面说法正确的是(  ) A．在以c竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大 B．在以c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小 C．在以c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为c D．在以c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c 13．接近光速飞行的飞船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 14．在相对论效应下，系相对系向右速度，系中杆向上运动，速度为，那么在系看来杆的形态如何（　　） A．杆倾斜，端偏上，A端偏下 B．杆倾斜，端偏下，A端偏上 C．杆不倾斜 D．杆的整体长度缩短 15．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正以一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上的观察者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 三、填空题 16．根据爱因斯坦的狭义相对论，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即。请讨论： （1）如果使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？简答： 。 （2）光有静止质量吗？简答： 。 17．有两个惯性参考系1和2，惯性参考系1相对于地面静止，惯性参考系2相对于地面做匀速直线运动，则在参考系1看来，2中的所有物理过程都变 了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变 了。（选填“快”“慢”） 四、解答题 18．计算表中物体运动速度的速度比 及因子。 运动物体 步行的人 奔跑中的短跑运动员 高铁 卫星 从地球逃逸的卫星 加速器中的高能粒子 速度v 19．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求： (1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命； (2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离； (3)该粒子运动时的动能。 20．假设一空间站相对地球静止在太空中，一宇宙飞船甲相对空间站以速度从空间站飞过，宇宙飞船乙相对空间站以速度与宇宙飞船甲反方向飞行。求：（计算结果保留2位有效数字） （1）以宇宙飞船甲为参考系乙的速度为多大？ （2）以宇宙飞船乙为参考系甲的速度为多大？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D A D D B A D C A B 题号 11 12 13 14 15 答案 BCD CD AC BD BC 1．D 【详解】经典力学适用于宏观低速，不适用于微观高速。 A．汽车在高速公路上快速行驶，是宏观低速运动，经典力学适用。故A正确，与题意不符； B．战斗机从辽宁号航母上起飞，是宏观低速运动，经典力学适用。故B正确，与题意不符； C．嫦娥五号探测器绕月球飞行，是宏观低速运动，经典力学适用。故C正确，与题意不符； D．粒子以接近光速的速度运动，是高速运动，经典力学不适用。故D错误，与题意相符。 本题选不正确的故选D。 2．A 【详解】根据狭义相对论的光速不变原理，真空中的光速在所有惯性参考系中都是恒定值，与光源或观察者的运动状态无关。因此，无论火车速度如何，地面观察者测得的光速仍为。 故选A。 3．D 【详解】经典力学的主要内容是牛顿的三大定律，所研究的对象是宏观物体的低速运动问题，而爱因斯坦的相对论则研究的是宏观物体高速运动问题，量子力学则研究微观粒子的运动问题，三者都有其存在的意义，三者相辅相成解释了宇宙中万物的运动规律。 故选D。 4．D 【详解】A．开普勒总结了开普勒三定律。A错误； B．日心说是哥白尼首先提出来的。B错误； C．万有引力常量G是卡文迪许最先测出的。C错误； D．狭义相对论理论是爱因斯坦建立的。D正确。 故选D。 5．B 【详解】A．根据钟慢效应和尺缩效应，相对论时空观认为运动的时钟会变慢，运动的尺子会变短，故A错误； B．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来不一定是同时的，故B正确； C．经典力学适用于宏观物体的低速运动，所以经典力学适用于“天问一号”宇宙探测器在火星着陆，故C错误； D．在经典力学中，物体运动状态改变时，物体的质量不变，故D错误。 故选B。 6．A 【详解】在地面附近有一高速飞过的火箭，根据长度缩短效应和时间延缓效应可以知道，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了。 故选A。 7．D 【详解】根据狭义相对论的两个基本假设之一：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，则观察者在地面上和在飞船中观测光的速度均为c。 故选D。 8．C 【详解】由爱因斯坦的质能方程 在相对论中物体的动能 故选C。 9．A 【详解】A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动，A正确； B．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，B错误； C．高速运动的μ子寿命变长这一现象，属于微观高速运动，只能用相对论时空观解释，不能用经典理论解释，C错误； D．宏观低速物体牛顿力学适用，微观粒子量子力学适用，D错误。 故选A。 10．B 【详解】A．经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，故A正确，不符合题意； B．一根杆的长度静止时为l0，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故B错误，符合题意； C．根据知，沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度小，故C正确，不符合题意； D．经典力学认为时间和空间是绝对的，相对论认为时间和空间是相对的，与物质的运动状态有关，故D正确，不符合题意。 故选B。 11．BCD 【详解】AB．经典力学只适用于宏观、低速物体的运动，对于微观、高速运动不适用，选项A错误，B正确； C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中,物体的质量随速度的增大而增大，选项C正确； D．相对论与量子力学并没有否定经典力学，而认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，选项D正确； 故选BCD. 12．CD 【详解】由狭义相对论可知：真空中的光速在不同的惯性参考系中的速度都是c，与光源、观察者间的相对运动无关， CD正确，AB错误。 故选CD。 13．AC 【详解】AB．根据时间延缓效应可知运动的钟会变慢，由于飞船上的人观测飞船上的钟是静止的，观测到地球上的钟是运动的，因此飞船上的人观测到地球上的钟变慢，即飞船上的钟相对于地面上的钟快，故A正确、B错误； CD．同理，地球上的人观测到飞船上的钟是运动的，观测到地球上的钟是静止的，因此地球上的人观测到飞船上的钟变慢，即地球上的钟比飞船上的钟快，故C正确、D错误。 故选AC。 14．BD 【详解】考虑到相对论速度变换，导体杆相对于系在向右上方向运动，沿运动方向分量有尺缩效应，垂直于速度方向长度分量不变，所以杆向右下方，整体长度缩短。 故选BD。 15．BC 【详解】AB．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，故A错误，B正确； CD．火车B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，故C正确，D错误。 故选BC。 16． 一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速 光没有静止质量 【详解】(1)[1]．由知，当时，应是无穷大，因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速； (2)[2]．光没有静止质量。若光有静止质量，由知光在传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上，这是不符合实际的。 17． 慢 慢 【详解】[1][2]时间延迟效应与相对运动的方向无关，在相对某参考系运动的参考系看来，原参考系中的时间边长了，运动变慢了，因此参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了，在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了。 18．，，，，，；， 【详解】设，则 ， ， ， ， 各物体因子 ， 19．(1)5.87×10－8s；(2)15.85m；(3)2.89×10－11J 【详解】(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足 τ′＝＝s＝5.87×10－8s (2)平均距离 d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m (3)粒子的静止质量 m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg 粒子的动能为 Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J 20．（1）；（2） 【详解】（1）取甲飞行的方向为正，甲相对空间站的速度为，乙相对空间站的速度为，则以甲为参考系乙的速度为 （2）同理以乙为参考系甲的速度大小为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $