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

第七章万有引力与宇宙航行第5节相对论时空观和牛顿万有引力的局限性 姓名：__________ 班级：__________ 考号：__________ 一、单选题 1.下列关于物理相关的常识说法正确的是(　　) A. 伽利略通过理想斜面实验得出了“力是维持物体运动状态的原因”的结论 B. 米、摩尔和千克都是国际单位制中的基本单位 C. 牛顿提出了万有引力定律，并通过扭秤实验测量出了引力常量G D. 爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学理论，成功地解决了宏观物体的高速运动问题 2.关于牛顿力学、相对论、量子力学，下列说法正确的是(　　) A. 不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都适用 B. 牛顿力学适用于低速运动的物体，相对论适用于高速运动的物体 C. 牛顿力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动 D. 相对论与量子力学否定了牛顿力学理论 3.一张长方形宣传画长5 m、高3 m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，这张画由司机测量的图形是(　　) A. 边长为3 m的正方形 B. 长为3 m、高为1.8 m的长方形 C. 长为5 m、高为1.8 m的长方形 D. 长轴为3 m、短轴为1.8 m的椭圆形 4.如图所示，惯性系S中有一棱长为L的正方体，从相对S系沿x方向接近光速匀速飞行的飞行器上观察，则该正方体的形状是(　　) A. B. C. D. 5.以高速列车为例(如图所示)．假定车厢安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水．车上的人测得，墨水在t1′、t2′两个时刻在地面形成P、Q两个墨点，也就是说发生了两个事件．车上的人认为两个事件的时间间隔是Δτ＝t2′－t1′，地面观察者测得的时间间隔为Δt＝t2－t1.则Δτ与Δt的关系是(　　) A. Δτ>Δt B. Δτ<Δt C. Δτ＝Δt D. 无法确定 6.牛顿力学规律有其局限性．物体以下列哪个速度运动时，牛顿力学规律不适用(　　) A. 2.5×10－5 m/s B. 2.5×102 m/s C. 3.5×103 m/s D. 2.5×108 m/s 7.经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指(　　) A. 行星、恒星、星系等巨大的物质世界 B. 地球表面上的物质世界 C. 人眼能看到的物质世界 D. 不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界 8.下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是(　　) A. 原子核外电子的运动 B. 超音速飞行的歼-20战斗机在空中飞行的运动 C. 月球绕地球的运动 D. 小明在投篮时，篮球在空中的运动 二、多选题 9.关于牛顿力学与狭义相对论，下列说法正确的是(　　) A. 狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律 B. 狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律 C. 牛顿力学研究的是物体在低速运动时所遵循的规律 D. 牛顿力学研究的是物体在高速运动时所遵循的规律 10.经典力学有一定的局限性和适用范围．下列运动适合用经典力学研究和解释的是（　　） A. “墨子号”量子卫星绕地球运动的规律 B. “墨子号”量子卫星从太空发出两道红光，射向云南雨江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达千里级的量子密钥分发 C. 氢原子内电子的运动 D. 高速飞行的子弹的运动 11.2021年1月10日消息，我国国内首款量子安全通话产品试商用。量子通信是利用量子力学原理对量子态进行操控的一种通信形式，可以有效解决信息安全问题。关于牛顿力学和相对论、量子力学，下列说法正确的是(　　) A. 量子力学和牛顿力学对宏观物体和微观粒子都是适用的 B. 牛顿力学理论的成立具有一定的局限性 C. 量子力学适用于微观粒子的运动，牛顿力学适用于宏观物体的运动 D. 量子力学与相对论否定了牛顿力学理论 12.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 三、计算题 13. (1)一列高铁静止长度为201.4 m。当它以305 km/h的时速通过站台，站台上的观察者测到的列车长度是否同样为201.4 m? (2)一个优秀的短跑运动员在比赛时的速度可以达到10 m/s，如果运动员跑完全程时，静止的计时员记录的时间为19.7 s，则运动员携带的计时器记录的时间是否同样为19.7 s？(真空中的光速c＝3×108 m/s) 14.一支静止时30 m的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边飞过。真空中的光速c＝3×108 m/s，结果保留整数部分。 (1)观察者测得火箭的长度应为多少？ (2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？ (3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？ (4)火箭内完好的手表走过了1 min，地面上的人认为经过了多少时间？ 第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第七章万有引力与宇宙航行第5节相对论时空观和牛顿万有引力的局限性 姓名：__________ 班级：__________ 考号：__________ 一、单选题 1. B【解析】伽利略通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动状态的原因，故A错误； 米、摩尔和千克都是国际单位制中的基本单位，故B正确； 牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许通过实验测出了引力常量，故C错误； 爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学理论，牛顿的经典力学是爱因斯坦相对论理论在低速条件下的近似，经典力学的适用于宏观、低速运动的物体，相对论适用于微观物体的高速运动问题，故D错误。故选B。 2. C【解析】牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的物体不再适用，量子力学适用于微观粒子的运动，相对论适用于一切运动物体，故A、B错误，C正确．相对论与量子力学并没有否定牛顿力学理论，而是在其基础上发展起来的，故D错误． 3. A【解析】一张长方形宣传画长5 m、高3 m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，根据相对论效应l=l0，司机测量时宣传画的长度变成5×0.6 m=3 m，即图形是边长为3 m的正方形，选项A正确，B、C、D错误。 4. D【解析】根据相对论时空观的长度收缩效应可知，沿x轴方向正方体棱长缩短，而沿y轴和z轴方向正方体棱长没有改变，故D正确，A、B、C错误。 5. B【解析】由Δt＝，且1－2<1，得Δt>Δτ，B正确． 6. D 7. D【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D. 8. 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，所以原子核外电子的运动经典的牛顿力学不再适用；超音速飞行的歼-20战斗机在空中飞行，战斗机属于宏观物体，虽然速度达到超音速，但仍远小于光速，经典牛顿力学适用；月球绕地球的运动，月球和地球都属于宏观物体，其运动速度相对光速也很慢，经典牛顿力学适用；小明在投篮时，篮球在空中的运动，篮球是宏观物体，其运动速度远小于光速，牛顿力学适用。 二、多选题 9. BC【解析】牛顿力学的运动规律适用于低速、宏观物体，而爱因斯坦的狭义相对论适用于高速 10. AD【解析】“墨子号”量子卫星绕地球运动是宏观物体的运动，适合用经典力学研究和解释，A正确；量子密钥分发是微观粒子的运动，不适合用经典力学研究和解释，B错误；氢原子内电子的运动是微观粒子的运动，不适合用经典力学研究和解释，C错误；高速飞行的子弹的运动，宏观物体的运动，适合用经典力学研究和解释，D正确； 11. BC【解析】牛顿力学适用于宏观低速物体的运动，不适用于微观高速粒子的运动，故A错误，C正确；牛顿力学适用于宏观低速物体的运动，所以牛顿力学理论的成立具有一定的局限性，故B正确；牛顿力学适用于宏观低速的物体的运动，不适用于微观高速粒子的运动，所以量子力学与相对论并没有否定牛顿力学，故D错误。 12. 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． 三、计算题 13. 见解析 【解析】(1)由题意得，高铁速度为v＝305 km/h≈85 m/s≪c，由狭义相对论得站台上的观察者测到的列车长度为l＝l0≈l0＝201.4 m，即站台上的观察者测到的列车长度同样为201.4 m。 (2)设静止的计时员记录的时间为Δt，运动员记录的时间为Δτ 根据狭义相对论的结论有Δt＝ 解得Δτ＝·Δt＝×19.7 s≈19.7 s 运动员的速度远远小于光速，时间效应不明显，可以忽略，故运动员的计时器记录的时间同样为19.7 s。 14. (1)约30 m　(2)30 m　(3)约26 m　(4)约1 min 【解析】火箭上的人相对火箭永远是静止的，无论火箭速度是多少，火箭上的人测得火箭长度与静止时测得的火箭的长度均是l0＝30 m 火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度v，则火箭长度的测量值要缩短，即l＜l0，由l＝l0，当v＝3×103 m/s时，l＝30× m≈30 m，当v′＝时，l′≈26 m 火箭上时间Δτ＝1 min，火箭的速度v＝3 km/s 所以地面上的人观测到的时间Δt＝ min≈1 min。 第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $