寒假作业08 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元巩固分层练习-2025-2026学年高一物理沪科版必修第二册

寒假作业08 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元巩固分层练习 分层一：夯实基础练 一、单选题 1．对于下列运动，经典力学不适用的是（　　） A．粒子以接近光速的速度运动 B．汽车在高速公路上快速行驶 C．嫦娥五号探测器绕月球飞行 D．战斗机从辽宁号航母上起飞 2．在狭义相对论中，下列说法中正确的是（　　） A．经典物理学可视为相对论在低速运动时的特例 B．真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的 C．在高速运动情况下，惯性参考系中的物理规律不一定相同 D．狭义相对论全面否定了经典物理学 3．在体积巨大、表面温度较低的红巨星形成之后，若恒星外层物质不断膨胀，将形成（　　） A．白矮星 B．超新星 C．行星状星云 D．中子星 4．经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（　　） A． B． C． D． 5．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是（　　） ①船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的　②船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的　③航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的　④航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的 A．①② B．③④ C．②③ D．①④ 6．宇宙中最基本的天体是（　　） A．恒星和星云 B．行星和星云 C．行星和卫星 D．恒星和行星 7．相对论已成为迄今人们认知并描述高速世界的最好理论工具。创建相对论的科学家是（　　） A．牛顿 B．伽利略 C．开普勒 D．爱因斯坦 8．如果航天员以接近于光速的速度朝某一星体飞行，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．航天员根据自己的质量在增加发觉自己在运动 B．航天员根据自己的心脏跳动在慢下来发觉自己在运动 C．航天员根据自己在变小发觉自己在运动 D．航天员永远不能由自身的变化知道自己的速度 分层二：能力提升练 二、多选题 9．如图甲所示，质子束被加速到接近光速；如图乙所示，中子星是质量、密度非常大的星体。下列说法正确的是（　　） A．牛顿力学适用于质子束的运动规律 B．牛顿力学不适用于质子束的运动规律 C．牛顿力学适用于中子星的引力规律 D．牛顿力学不适用于中子星的引力规律 10．一枚火箭静止于地面时长为30m，两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上。火箭以速度v飞行，光速为c，下列判断正确的是 （　　） A．若v=0.5c，则火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30m B．若v=0.5c，则地面上的观察者测得火箭的长度仍为30m C．若v=0.5c，则火箭上的观察者认为地面上的时钟走得快 D．若v=0.5c，则地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢 11．有关恒星下列说法正确的是。（　　） A．一颗恒星的寿命取决于它的质量 B．质量大的恒星可用以燃烧的核燃料较多，因此它们的寿命比较长 C．当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星 D．巨星和超巨星可能爆炸成为超新星 12．19世纪和20世纪之交，经典物理已达到了完整、成熟的阶段，但“在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云”，人们发现了经典物理学也有无法解释的实验事实，“两朵乌云”是指（   ） A．宏观问题 B．高速问题 C．微观问题 D．低速问题 三、填空题 13．“我和宇宙之间有必然的联系吗？ 宇宙是否有尽头？ 时间是否有长短？ 过去的时间在哪里消失？ 未来的时间又在何处停止？” 以上为某情景剧中的台词片段，尝试基于必修第二册第八章的内容，任选其中一个问题从物理学的角度进行简要分析。 14．人类对宇宙的探索已经有很长的历史。从2300多年前我国战国时期的思想家尸佼给出了宇宙的定义到广义相对论建立之后，宇宙学真正成为了现代科学意义上的一门学科。1929年，美国天文学家哈勃通过对大量星系的观测发现，银河系外的绝大部分星系都在 （选填：A．靠近  B．远离）我们，据此，科学家提出了 宇宙学，以解释宇宙的起源。 15．“世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关．根据爱因斯坦的理论，一把米尺，在它与观察者有不同相对速度的情况下，米尺长度是不同的，它们之间的关系如图．由此可知，当米尺和观察者的相对速度达到0.8c（c为光速）时，米尺长度大约是 m，在日常生活中，我们无法察觉到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度 。 四、解答题 16．对于质量为1.4倍太阳质量、半径与地球相同的白矮星，计算它的，你认为牛顿力学可以正确描写白矮星的运动吗？简述理由。（太阳质量，引力常量，地球半径，光速） 17．长为l的车厢以速度u向前移动，一球从车的前端以相对于车的速度v运动到后端，求地面上的人看到球运动的时间为多少（考虑相对论效应）？ 18．一支静止时长10 m的飞行物以3 km/s的速度从观察者的身边掠过，观察者测得飞行物的长度应为多少？飞行物上的人测得飞行物的长度应为多少？如果飞行物的速度为光速的三分之一呢？ 19．一枚静止时长30m的火箭以光速的速度从观察者的身边掠过，计算： （1）箭上的人测得火箭的长度应为？ （2）观察者测得火箭的长度应为多少？ （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花了多少时间？ 参考公式：时间延缓公式：，长度收缩公式： 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 《寒假作业08 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元巩固分层练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A A A D D A D D BD AD 题号 11 12 答案 ACD BC 1．A 【详解】经典力学适用于宏观低速，不适用于微观高速； A. 粒子以接近光速的速度运动，是高速运动，经典力学不适用； B. 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； 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； D. 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。 故选A。 2．A 【详解】AD．相对论的出现，并没有否定经典物理学。经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形，故A正确，D错误； B．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错误； C．根据狭义相对论的相对性原理，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，故C错误。 故选A。 3．A 【详解】红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。 故选A。 4．D 【详解】经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观低速，当物体速度接近光速时，经典力学不再适用，选项D正确，ABC错误； 故选D。 5．D 【详解】假设在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，如图所示    船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的，但是航天员以飞船为参考系看到的却是另外一番情景。为了记录光束在飞船中的径迹，航天员在船里等距离地放置一些半透明的屏，光可以透过这些屏，同时在屏上留下光点。由于飞船在前进，光到达右边一屏的位置总会比到达左边一屏的位置更加靠近船尾。如果飞船做匀速直线运动，飞船上的观察者看到光的径迹仍是一条直线（图中的虚线）。然而，如果飞船做匀加速直线运动，在光向右传播的同时，飞船的速度也在不断增大，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条曲线（图中的实线）。根据等效原理，航天员完全可以认为飞船没有加速运动，而是在船尾方向存在一块巨大的物体，它的引力场影响了飞船内的物理过程。因此我们得出结论：物质的引力使光线弯曲。 故选D。 6．A 【详解】宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙间最基本的天体是恒星和星云。故A正确。 故选A。 7．D 【详解】爱因斯坦在1905年5月，提出狭义相对论，1916年3月，完成总结性论文《广义相对论的基础》，故D正确，ABC错误。 8．D 【详解】根据狭义相对论知识可知，航天员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可发现自身变化，也不能由自身变化知道他的速度。 故选D。 9．BD 【详解】牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动规律，不适用于质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律。 故选BD。 10．AD 【详解】A．一枚静止时长为30m的火箭以0.5c的速度飞行，根据相对论时空观可知，火箭上的观察者测得火箭的长度为30m，选项A正确； B．根据长度收缩效应知 地面上的观察者测得火箭的长度为 L=26m 选项B错误； CD．根据时间延缓效应，运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越大，钟走得越慢，同时运动是相对的，火箭相对于地面上的人是运动的，地面上的人相对于火箭也是运动的，所以若v=0.5c，则火箭上的观察者认为地面上的时钟走得慢，同时地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢，选项C错误，D正确。 故选AD。 11．ACD 【详解】AB．恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故A正确，B错误； C．当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星，故C正确； D．巨星和超巨星可能爆炸成为超新星，故D正确。 故选ACD。 12．BC 【详解】由伽利略和牛顿创立的经典力学及物理学的各个分支，在19世纪相继进入鼎盛时期，它的完美和威力使物理学家深信，天地四方，古往今来的一切现象都能够用经典力学来描述，但是当人们用来解释原子内部结构微观世界和接近光速的高速运动的物体时，发现与实际情况有很大的出入，这令许多物理学家感到困惑，成为“令人不安的乌云”。 故选BC。 13．见解析 【详解】根据大爆炸理论，宇宙起源于100多亿年前的一个致密炽热的奇点爆炸，它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。大爆炸的时刻，同时也是时间的起点；宇宙未来的演化是继续膨胀还是收缩，有待于科学的进一步论证。 14． B 爆炸 【详解】[1][2]1929年，美国天文学家哈勃通过对大量星系的观测发现，银河系外的绝大部分星系都在远离我们，据此，科学家提出了爆炸宇宙学，以解释宇宙的起源。 15． 0.6 远远小于光速 【详解】[1][2]由图可以对应看出，米尺的长度大约为0.6 m，在日常生活中，我们无法观察到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度太小，远远小于光速的缘故。 16．；可以 【详解】 牛顿定律适应于宏观低速物体的运动，则牛顿力学可以正确描写白矮星的运动。 17． 【详解】根据相对论尺缩效应，在地面上的人看到车厢的长度为 地面上的人看到的球的速度满足洛伦兹速度变换 地面上的人看到球运动的时间为 18．10 m　10 m　9.43 m 【详解】飞行物相对于飞行物上的人是静止的，所以不管飞行物的速度是多少，飞行物上的人测得的飞行物长与静止时相同，为L0＝10 m．如果飞行物的速度为v1＝3×103 m/s. 地面观察者测得的飞行物长L1为≈10 m如果飞行物的速度为v2＝c/3，地面观察者测得的火箭长L2为 ≈9.43 m. 点睛：记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握长度的相对性，同时要注意运动的相对性． 19．（1）30m；（2）；（3） 【详解】（1）箭上的人相对火箭静止，所以箭上的人测得火箭的长度应为。 （2）观察者测得火箭的长度应为 （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花的时间为 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 $