寒假作业09 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元巩固分层练习-2025-2026学年高一物理粤教版必修第二册

寒假作业09 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．下面关于宇宙的说法正确的是（　　） A．宇宙是由银河系和太阳系组成的 B．宇宙是由地球和银河系组成的 C．太阳系中只有八大行星绕它运行 D．宇宙中有数十亿个星系，银河系是其中的一员 2．如图所示，宇航员驾驶宇宙飞船在观察者上方高速水平飞过。根据相对论可知，与坐在飞船里的宇航员的观测结果相比，地面上静止的观察者观测到（　　） A．飞船长度更小 B．飞船高度更小 C．飞船长度更大 D．飞船高度更大 3．下列说法中正确的是（　　） A．恒星的颜色与恒星的质量和体积有关 B．恒星的表面温度越高，颜色越红 C．恒星的亮度与恒星的体积和温度以及它与地球的距离有关 D．太阳表面温度为5500℃，所以太阳发出的是红色的光 4．下列运动中，牛顿力学的规律不适用的是 （　　） A．子弹的飞行 B．飞船绕地球的运行 C．列车的运行 D．粒子接近光速的运动 5．下列物理学史，错误的是 A．牛顿发现了万有引力定律 B．卡文迪许第一次在实验室比较精确的测出了引力常量G C．开普勒指提出了所有行星的运行轨道都是椭圆 D．伽利略提出了狭义相对论 6．关于恒星的描述，下列说法中正确的是（　　） A．质量越大的恒星，寿命越短 B．质量越大的恒星，寿命越长 C．表面温度比太阳高的恒星呈现出比太阳稍红的颜色 D．表面温度比太阳低的恒星呈现出比太阳稍蓝的颜色 7．牛顿力学也有其局限性，在下列情形中能够成立的是（　　） A．宏观物体高速运动 B．微观世界 C．宏观物体低速运动 D．强引力场 8．设想人类利用飞船以0.2c的速度进行星际航行，若飞船向正前方的某星球发射一束激光，则该星球上的观察者测量到激光的速度应该是（    ） A． B． C． D． 分层二：能力提升练 二、多选题 9．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（ ） A．经典力学没有局限性 B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了 C．经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象 D．经典力学的时间和空间分离的观点不对 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．下列说法正确的是（　　） A．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系正急速的远离我们 B．哈勃发现的“红移”现象说明地球是宇宙的中心 C．“新星”和“超新星”是刚刚产生的恒星 D．“超新星”和“新星”的产生说明恒星正在不断灭亡 E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞 12．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 三、填空题 13．经典力学中 和 在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。 14．仙女座星系是人们能用肉眼看到的最遥远的天体，但由于光速有限，你看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了 年，因此观察遥远的天体就等于在观察 。宇宙很大，所以计算天体间的距离时常用 作为单位，它等于 。 15．如图a所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上静止的观察者A观测到钟的面积为S，另一观察者B以0.8c（c为光速）平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′，则S S′（选填“大于”、“等于”或“小于”）。时钟与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率也是不同的，它们之间的关系如图b所示．A观察者观察到时钟的周期是2.0s，则B观察者观察到时钟的周期约为 s。 四、解答题 16．狭义相对论的两个前提为什么叫作假设?两个基本假设又是如何经过实践检验的? 17．一观察者测得运动着的米尺为0.5m长，求此米尺以多大的速度移动？ 18．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） 19．半人马星座内的星是离太阳系最近的恒星，它与地球间的距离约为。假设有一宇宙飞船往返于地球和半人马星座内的星之间，若宇宙飞船的速率为，则： (1)按地球上的时钟计算，飞船往返一次需要多少时间？ (2)按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间又为多少？（计算结果均保留三位有效数字） 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09 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 D A C D D A C C BCD AD 题号 11 12 答案 ADE BD 1．D 【详解】宇宙中有数十亿个星系，银河系是这数十亿个星系中的一员，太阳是银河系中的一员。太阳周围除了八大行星之外，还有若干小行星，彗星等天体绕太阳运动。 故选D。 2．A 【详解】根据尺缩效应可知动长变短，可知地面上静止的观察者观测到的飞船长度更小，高度不变。 故选A。 3．C 【详解】A．恒星的颜色取决于它的表面的温度，与恒星的质量和体积无关，A错误； B．恒星的表面温度越低，颜色越红，B错误； C．恒星的亮度与恒星的体积和温度及它与地球的距离有关，C正确； D．太阳的表面颜色是黄色，属于温度中等偏低的恒星。D错误； 故选C。 4．D 【详解】牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的物体。子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行，这些都是宏观物体的低速运动，牛顿力学均适用；而粒子接近光速的运动属于微观粒子的高速运动，牛顿力学不再适用。 故选D。 5．D 【详解】A、牛顿发现了万有引力定律，故A正确； B、卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，故B正确； C、开普勒发现了行星的运动规律，故C正确； D、爱因斯坦提出了狭义相对论，故D错误； 错误的故选D． 【点睛】根据对著名物理学家的了解和对物理常识的掌握解答，要来了解牛顿、开普勒、卡文迪许等著名科学家的重要贡献． 6．A 【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； CD．恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝。恒星表面颜色主要有四种，分别是红、黄、白、蓝。太阳的表面颜色是黄色，属于温度中等偏低的恒星，故CD错误。 故选A。 7．C 【详解】经典力学是以牛顿的三大定律为基础的，经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于狭义相对论．量子力学适用于微观粒子运动，相对论适用于高速运动物体，ABD错误，C正确。 故选C。 8．C 【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。飞船以的速度运动时，其发出的激光在飞船参考系中的速度为。对于星球上的观察者，无论通过相对论速度叠加公式计算（结果为），还是直接依据光速不变原理，测得的光速仍为。 故选C。 9．BCD 【详解】AB．经典力学仅适用于宏观、低速运动的物体，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不再适用了，A错误B对； C．经典力学无法解释微观领域中物质结构和能量不连续的现象，C对； D．经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，因此经典力学的时间和空间分离的观点不对，D对。 故选BCD。 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．ADE 【详解】AB．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系在远离我们，但不能说明我们就处于宇宙的中心，只能说明我们与远处的星系存在相对运动，故A正确，B错误； CD．“新星”和“超新星”是恒星消亡时的一种现象，故C错误，D正确； E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞，故E正确。 故选ADE。 12．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。 13． 牛顿运动定律 万有引力定律 【详解】[1][2]经典力学中万有引力定律和牛顿运动定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。 14． 200万 宇宙的过去 光年 【详解】[1][2]仙女座星系离地球大约万光年，看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了200万年，因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去。 [3]由于距离太远，因此常用光年作单位； [4]光年是光一年走过的距离，则有 15． 大于 3.3 【详解】[1][2]观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，根据爱因斯坦的相对论尺缩效应可知，B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小，而沿z轴方向的直径不变，钟的面积将与静止的观察者看到的面积要小，即S大于S′。由图b可以对应看出，当时钟和观察者的相对速度达到0.8C（C为光速）时，时钟的频率是0.3Hz，所以时钟的周期大约为。 16．见详解 【详解】1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的。虽然相对论的两个假设可以由迈克尔逊-莫雷实验直接推出，但毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度，所以狭义相对论仍然叫假设。 17．2.6×108m/s 【详解】以观察者测得的长度为l，米尺的长度为l′，根据 可得 解得 18．；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。 19．(1)；(2) 【详解】(1)由于题中星与地球的距离s和宇宙飞船的速率v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔 (2)把飞船离开地球和回到地球视为两个事件，飞船上的时钟测出两事件的时间间隔与地球上所测的时间间隔之间满足时间延缓效应的关系式。按飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔 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 $