课时检测 第七章 5.相对论时空观与牛顿力学的局限性-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版）

5.相对论时空观与牛顿力学的局限性 1.AB　相对论时空观的基本假设是：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的，真空中的光速大小都是相同的，故选A、B。 2.C　根据公式Δt＝可知，物体的速度越大，其时间进程越慢，故C正确。 3.A　根据狭义相对论可知，飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为该考生考完这场考试所用的时间Δt＝＞Δτ，即飞船上的观察者认为该考生考完这场考试所用的时间大于100分钟，选项A正确。 4.A　根据相对论公式l＝l0，可知，火车运动的速度v越大，所测长木棒的长度越小，故选A。 5.ABD　根据狭义相对论的光速不变原理可知，地面上的人看到的光速为c，火车上的人看到的光速也为c，故A、B正确；地面上的人测得，火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，说明在地面上人看来，闪光所走的路程是相等的，设光源到后壁的距离为L1，到前壁的距离为L2，火车行驶时间为t，以地面为参考系，则有L1＝ct＋vt，L2＝ct－vt，可得L1＞L2，可知光源在火车的中点的偏向前的位置，故C错误，D正确。 6.ABD　经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。高速公路上行驶的汽车、空气中下落的雨滴、空气中飘浮的肥皂泡都属于宏观、低速范围，经典力学适用；原子核外电子绕核的转动属于微观现象，经典力学不适用，故A、B、D正确。 7.B　中国东风27超高音速导弹的运动属于低速宏观的运动，故A错误；根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B正确；狭义相对论即适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭义相对论在低速（v≪c）条件下的近似，理想状态下，带电粒子在电场中的运动也可以使用牛顿运动定律，故C错误；根据长度收缩效应，相对论时空观认为运动的尺子会变短，如果物体在地面上静止不动，在相对于地面运动的参考系里面测出物体的长度和在地面上测出物体的长度是不一样的，故D错误。 8.ACD　牛顿定律适用于惯性参考系，参考系B也是惯性参考系，牛顿定律也同样成立；A和B两个参考系中，一切力学规律都是相同的，故A、C、D正确。 9.AC　牛顿力学可以用来描述宏观低速运动问题，故牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律，故A正确；对于运动速度接近光速的物体的运动，不适合用牛顿力学来描述，故B错误；量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律，因为红光运动速度为光速，所以需考虑相对论效应，使用量子力学描述，故C正确；量子力学和牛顿力学适用范围不同，量子力学适用于高速运动，在宏观低速运动中，牛顿力学仍然适用，不能说牛顿力学已经失去了实用价值，故D错误。 10.B　飞船上的观测者相对该飞船静止，飞船上的观测者测得该飞船的长度等于30 m，故A错误；该飞船相对地球上的观测者是运动的，地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m，故B正确；根据光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c，故C错误；根据光速不变原理，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于c，故D错误。 11.BD　在尺子长度方向上运动的尺子比静止时短，乙手中的尺子相对于甲接近光速运动，所以甲看到乙手中的尺子的长度比甲看到自己手中的尺子长度小，故A错误，B正确；同理可知，C错误，D正确。 12.A　梭镖相对于静止的观察者高速运动，根据相对论的长度收缩效应可知，梭镖长度收缩变短，而管子相对于观察者是静止的，同理可知管子长度不变，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，故A正确，B、C错误；如果梭镖和管子都以光速c相向运动，根据光速不变原理知，二者的相对速度是c，故D错误。 13.A　银河系中心为一超大密度的黑洞，其第一宇宙速度达到光速c，由牛顿第二定律可得G＝m，可得GM＝c2R，一距离该黑洞中心的距离为r的星体，绕黑洞中心的周期为T，由万有引力提供向心力可得G＝m1r，联立解得该黑洞半径为R＝，故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.相对论时空观与牛顿力学的局限性 知识点一　相对论时空观 1.〔多选〕（2025·新疆巴音郭楞高一期末）下列选项中，属于相对论时空观的基本假设的有（　　） A.在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的 B.在不同的惯性参考系中，真空中的光速大小都是相同的 C.运动物体的长度跟物体的运动状态有关 D.物体运动的时间跟物体的运动状态有关 2.假设兄弟二人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间后返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己苍老许多。则该现象的科学解释是（　　） A.哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了 B.弟弟因思念哥哥而加速生长 C.由相对论可知，物体速度越大，其时间进程越慢，生理进程也越慢 D.这是神话，科学无法解释 3.某考生现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为该考生考完这场考试所用时间（　　） A.大于100分钟 B.等于100分钟 C.小于100分钟 D.不能确定 4.（2025·四川省绵阳市高一期末）将一根长木棒沿着火车行驶的方向平放在车厢内。一个站在站台上的人，测量该木棒的长度，正确的是（　　） A.火车速度v＝0.5c时测得的长度小于火车速度v＝0.2c时测得的长度 B.火车速度v＝0.5c时测得的长度等于火车速度v＝0.2c时测得的长度 C.火车速度v＝0.9c时测得的长度大于火车速度v＝0时测得的长度 D.火车速度v＝0.5c时测得的长度等于火车速度v＝0时测得的长度 5.〔多选〕（2025·陕西省西安市高一阶段练习）如图，一列火车以速度v高速相对地面运动，如果地面上的人测得，火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，下列说法正确的是（　　） A.地面上的人看到的光速为c B.火车上的人看到的光速也为c C.光源在火车的正中间 D.光源在火车的中点的偏向前的位置 知识点二　牛顿力学的成就与局限性 6.〔多选〕牛顿的经典力学能很好地解释下列哪些现象（　　） A.高速公路上行驶的汽车 B.空气中下落的雨滴 C.原子核外电子绕核的转动 D.空气中飘浮的肥皂泡 7.（2025·广东省佛山市高一期末）关于牛顿力学与相对论，以下说法正确的是（　　） A.中国东风27超高音速导弹的飞行速度可达到3 400 m/s，牛顿力学不再适用 B.真空中的光速大小在不同的惯性参考系中都是相同的 C.牛顿力学在微观领域物质结构中不适用，因此带电粒子在电场中的运动不满足牛顿运动定律 D.对于地面上静止不动的物体，在不同参考系中测得该物体的长度都是一样的 8.〔多选〕如果牛顿定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，则在参考系B中（　　） A.牛顿定律也同样成立 B.牛顿定律不能成立 C.A和B两个参考系中，一切力学规律都是相同的 D.参考系B也是惯性参考系 9.〔多选〕来自中国的量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光，射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站，首次实现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.牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律 B.牛顿力学适用于描述光子的运动规律 C.量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律 D.量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值 10.（2025·广东省东莞市高一期末）爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首次提出狭义相对论。假设一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，根据狭义相对论，下列说法正确的是（　　） A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 11.〔多选〕甲乘客乘坐在接近光速运动的火车上，乙观察者站在铁轨附近的地面上，甲、乙两人手中各持一把沿火车前进方向放置的相同的米尺。则下列说法正确的是（　　） A.甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要大 B.甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要小 C.乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要大 D.乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要小 12.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长的静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好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 13.（2025·江苏扬州高一期末）银河系中心为一超大密度的黑洞，其第一宇宙速度达到光速c，一距离该黑洞中心的距离为r的星体，绕黑洞中心的周期为T，则该黑洞的半径为（　　） A. B. C. D. 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $