7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 同步练-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 一．选择题（共23小题） 1．（2025秋•无锡月考）下列关于物理学思想方法和物理学史的叙述错误的是　　 A．探究加速度与力和质量关系的实验和合力分力关系的实验中都运用了控制变量法 B．△时的平均速度可看成瞬时速度运用了极限思想法 C．牛顿力学不适用于微观、高速运动的物体 D．速度为的飞船上观察地面上的物体长度为，则物体的实际长度比长 2．（2025春•徐汇区校级期末）惯性系中有一静止的边长为的正方形（轮廓如虚线框所示），从相对系沿如图中所示方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像（灰色区域）是　　 A． B． C． D． 3．（2025秋•南京月考）对于一个质量为，速度为的物体而言，分别用狭义相对论计算动能和用牛顿力学计算动能，哪个数值大？　　 A．狭义相对论动能大 B．牛顿力学动能大 C．一样大 D．条件不足，无法确定 4．（2025春•福州期末）1905年爱因斯坦发表了一篇改变历史的重要论文《论动体的电动力学》，提出了著名的狭义相对论，狭义相对论阐述物体以接近光的速度时所遵循的规律，已经成为现代科学重要基础理论之一。下列现象中不属于狭义相对论效应的是　　 A．时空弯曲效应 B．长度收缩效应 C．时间延缓效应 D．质量增加效应 5．（2025春•广陵区校级期末）光在真空中的速度为，如果某飞船在以的速度向某一星球飞行时，发出一光信号进行提示。假设所有的星球均相对静止，则下列说法正确的是　　 A．该星球上的人观测到的光信号的速度为 B．该星球上的人观测到的光信号的速度为 C．星球上的人观测飞船上的时钟变慢了 D．飞船上的人观测星球上的时钟变快了 6．（2025春•涪城区校级期末）真空中光速为。如图为一车厢，向右做匀速直线运动，，车厢内中心有一光源，上方有一个接收器，车厢内可视为真空。车厢内的人测得车厢长为，则地面上的人测得车厢长为，则　　 A． B． C． D．无法判断 7．（2025春•绵阳期末）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． 8．（2025•广东模拟）经典力学是从宏观的、日常的运动中总结出来的。运用经典力学研究下列运动的时间，有误差的是　　 A．成熟的苹果落地的时间 B．火车过隧道的时间 C．带电粒子在回旋加速器中的运动周期 D．单摆的周期 9．（2025春•佛山期末）下列认识正确的是　　 A．中国东风27超高音速导弹的飞行速度可达到，牛顿力学不再适用 B．地面观察者看到的在运行的列车上乘客的手表走时更快 C．在不同的惯性参考系中，测得真空中的光速大小依然相同 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 10．（2025春•嘉兴期中）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 11．（2025春•香坊区校级期中）下列说法中正确的是　　 A．匀速圆周运动中线速度不变 B．物体受恒力作用不可能做曲线运动 C．物体在做平抛运动时，任意相等时间内速度的变化量相等 D．爱因斯坦的相对论时空观完全否定了牛顿力学的正确性 12．（2025春•武汉期中）科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在，引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是　　 A．牛顿认为惯性是物体的固有属性，速度大的物体惯性大 B．牛顿力学取得了理论和应用的巨大成就，适用于一切领域 C．牛顿提出并完成著名的“月—地检验”但没有测出万有引力常量 D．两物体间的万有引力总是质量更大的物体受到的万有引力大 13．（2025春•海安市期中）一艘航天器以0.8倍的光速沿如图所示的方向通过。地面观测者测得、两点距离，经过过时间；航天器驾驶员观测到、两点距离，经过时间。则　　 A． B． C． D． 14．（2025春•新吴区校级期中）如图所示，两辆静止时完全相同的飞船，甲乘坐的飞船静止，乙乘坐的飞船高速向右匀速行驶。此时在乙看来，甲乘坐的飞船的长度______；在甲看来，乙乘坐的飞船的高度______。　　 A．变长；无变化 B．变短；无变化 C．变短；变矮 D．变长；变矮 15．（2024•禹会区校级开学）如图，假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速向右行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光。下列说法正确的是　　 A．地面上的人看到的光速等于原光速加上火车的速度 B．地面上的人看到的光速等于原光速减去火车的速度 C．地面上的人看到前后两道光速同时到达前后壁 D．火车上的人看到前后两道光速同时到达前后壁 16．（2024春•绵阳期末）以高速列车为例，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、两个时刻在地面形成、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△，地面观察者测得的时间间隔为△，则△与△的关系是　　 A．△△ B．△△ C．△△ D．无法确定 17．（2024•徐汇区校级开学）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 18．（2024•徐汇区校级开学）你现在正在完成60分钟的物理初态考试，假设一艘飞船相对你以的速度匀速飞过为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间　　 A．大于60分钟 B．等于60分钟 C．小于60分钟 D．不能确定 19．（2024春•汕尾期末）下列关于物理观念和科学思维的认识正确的是　　 A．卡文迪什（许用扭秤测量引力常量体现了等效替代的思想 B．加速度和功率的定义都运用了比值定义法 C．在不同的惯性参考系中，测得真空中的光速大小可能不同 D．地球使树上苹果下落的力，与太阳使地球绕其运动的力是同一种性质的力 20．（2024•苏州三模）如图所示，一列车以接近光速的速度从地面上观察者面前水平驶过。与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客　　 A．体型变瘦 B．体型变胖 C．身高变高 D．身高变矮 21．（2024春•滨湖区校级月考）爱因斯坦提出的相对论对现代经典物理具有里程碑式的意义，因此爱因斯坦被认为是最伟大的物理学家之一。高铁列车长200米，高速通过一个2000米长的隧道，根据尺缩效应判断正确的是　　 ①车厢里的乘客认为列车变短了 ②车厢里的乘客认为隧道变短了 ③隧道检修工认为列车变短了 ④隧道检修工认为隧道变短了 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 22．（2024春•金坛区校级期中）以下说法正确的是　　 A．卡文迪什测量出万有引力常量，并提出万有引力定律 B．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力 C．开普勒提出日心说，并指出行星绕太阳转动其轨道为椭圆 D．洲际导弹的速度有时可达到，此速度在相对论中属于高速，导弹的质量会明显增大 23．（2024•无极县一模）牛顿力学的适用范围是　　 A．适用于宏观物体的低速（与光速相比）运动 B．适用于微观粒子的运动 C．适用于宏观物体的高速（与光速相比）运动 D．适用于受到很强引力作用的物体 二．多选题（共2小题） （多选）24．（2025秋•黄浦区校级期中）一艘太空飞船静止时的长度为，他以为光速）的速度沿长度方向飞行经过地球，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 B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于 C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于 D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于 （多选）25．（2025春•石家庄期中）下列说法正确的是　　 A．哈雷运用牛顿的万有引力定律，成功推算出哈雷彗星的“按时回归” B．动量守恒定律只适用于宏观世界、低速运动 C．相对论和量子力学分别在微观与高速领域揭示了牛顿力学的局限性 D．牛顿力学适用于宏观世界、低速运动 参考答案 一．选择题&多选题（共53小题） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 A C D A C C A C C A C C B 题号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 答案 B D B D A D A C B A BC AD 一．选择题（共23小题） 1．【答案】 【解答】解：、研究加速度与力和质量关系的实验运用控制变量法，而验证力的合成与分解的实验采用平行四边形定则，两者方法不同。故错误； 、当时间间隔趋近于零时，平均速度转化为瞬时速度，这是极限思想的体现。故正确。 、牛顿力学适用范围为宏观低速运动，不适用于微观高速领域。故正确； 、根据相对论长度收缩效应，飞船观测地面物体长度与实际长度的关系为，解得：。故正确。本题选错误的，故选：。 2．【答案】 【解答】解：由相对论知识得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边长不变，故正确，错误。故选：。 3．【答案】 【解答】解：牛顿力学的动能为①； 狭义相对论中，质量为，代入相对论动能得②； 比较二者大小关系时，将②化简为，其中令， 当时，，也就是说当时二者相等， 但是若不趋近于0时，相对论动能大于牛顿力学动能。 因为题中条件未明确物体的速度与光速的关系，故正确，错误。故选：。 4．【答案】 【解答】解：．时空弯曲效应是广义相对论的核心内容，描述物质和能量对时空几何结构的影响，而狭义相对论不涉及引力或时空弯曲，故错误； ．长度收缩效应是狭义相对论的基本结论，指物体在运动方向上的长度缩短，故正确； ．时间延缓效应（钟慢效应）是狭义相对论的重要效应，指高速运动的参考系中时间流逝变慢，故正确；．质量增加效应是狭义相对论的结论，物体质量随速度增大而增加，故正确。本题选不正确的，故选：。 5．【答案】 【解答】解：根据相对论，真空中的光速相对于不同的惯性参考系都是相同的，都是，故错误；根据钟慢效应可知，星球上的人观测飞船上的时钟，飞船上的人观测星球上的时钟都是变慢的，故正确，错误。故选：。 6．【答案】 【解答】解：根据尺缩效应，车厢内的人测得车厢长为，则地面上的人测得车厢长为 故正确，错误。故选：。 7．【答案】 【解答】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，可知无论火车速度如何，地面观察者测得的光速仍为，故正确，错误。故选：。 8．【答案】 【解答】解：经典力学适用于宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的物体不适用。选项中的物体均属于宏观、低速运动的物体，经典力学能适用，选项中的带电粒子在回旋加速器中的运动周期，属于微观、高速运动的物体，经典力学不能适用。故正确，错误。故选：。 9．【答案】 【解答】解：、牛顿力学适用于低速宏观物体，不适用于微观或高速情况。飞行速度可达到，依然属于低速宏观物体，牛顿力学同样适用，故错误； 、根据狭义相对论的时间膨胀效应，高速运动的物体时间会变慢，地面观察者看到的在运行的列车上乘客的手表走时更慢，故错误； 、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，故正确； 、根据尺缩效应，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，故错误。故选：。 10．【答案】 【解答】解：经典的牛顿力学适用于宏观、低速的运动不适用于微观、高速的运动，故正确，错误。故选：。 11．【答案】 【解答】解：．匀速圆周运动中线速度大小不变，方向改变，故错误； ．物体受恒力作用可能做曲线运动，例如平抛运动，故错误； ．物体在做平抛运动时，根据△△可知，任意相等时间内速度的变化量相等，故正确； ．爱因斯坦的相对论时空观并不是否定了牛顿力学的正确性，经典力学在宏观和低速运动是成立的，故错误。故选：。 12．【答案】 【解答】解：．牛顿认为惯性是物体的固有属性，质量大的物体惯性大，故错误； ．牛顿力学取得了理论和应用的巨大成就，适用于低速、宏观运动，故错误； ．牛顿提出并完成著名的“月—地检验”但没有测出万有引力常量，是卡文迪什测出了万有引力常量，故正确； ．两物体间的万有引力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故错误。故选：。 13．【答案】 【解答】解：根据相对论长度公式：可知，航天器驾驶员观测到、两点距离小于地面上人观测的距离，即；根据位移与速度的比值即为时间，则地面观测者测得航天器经过、两点所用时间，而航天器驾驶员测得经过、两点所用时间，由于，故，故正确，错误。故选：。 14．【答案】 【解答】解：由题意，根据相对论的“尺缩效应”，即在甲看来，乙乘坐的飞船长度缩短了，同理，在乙看来，甲乘坐的飞船的长度也会变短；而此时在甲看来，在垂直乙飞船的运动方向上，即，所以观察到乙乘坐的飞船的高度无变化，故正确，错误。故选：。 15．【答案】 【解答】解：地面上的人认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的，地面上的人看到的光速就是原光速。但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故错误；因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，火车上的人看到前后两道闪光会同时到达前、后两壁，故正确。故选：。 16．【答案】 【解答】解：根据时间的相对性△且所以△△故正确，错误。故选：。 17．【答案】 【解答】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，故正确，错误。故选：。 18．【答案】 【解答】解：根据狭义相对论可知，当飞船以的速度相对此考生匀速飞过时，飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间可知飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间大于60分钟，故正确，错误。故选：。 19．【答案】 【解答】解：、卡文迪什利用扭秤测量引力常量，利用了放大法，故错误； 、由是通过实验探究知与成正比，与成反比，不是比值定义法。功率的定义运用了比值定义法，故错误； 、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，故错误； 、地球对地面上物体的引力本质上就是万有引力，故正确。故选：。 20．【答案】 【解答】解：、根据相对论，“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，则地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客体型变瘦，故正确，错误； 、根据相对论，“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，在垂直于运动方向上的长度没有发生变化，则地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客身高不变，故错误；故选：。 21．【答案】 【解答】解：以列车为参考系，隧道在快速运动，则车厢里的乘客认为隧道变短了；以隧道为参考系，列车在快速运动，则隧道检修工认为列车变短了。故正确，错误。故选：。 22．【答案】 【解答】解：．卡文迪什测量出万有引力常量，牛顿提出万有引力定律，故错误； ．牛顿通过著名的“地月检验”证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力，故正确； ．最早提出日心说的是哥白尼，故错误； ．远小于光速，仍符合经典力学规律，不需要要狭义相对论的规律，导弹的质量没有明显变化，故错误；故选：。 23．【答案】 【解答】解：经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观、低速运动、弱相互作用的物体，不适用于高速、微观及强相互作用的物体。所以错误，正确。 故选：。 二．多选题（共2小题） 24．【答案】 【解答】解：、飞船上的观测者测得该飞船的长度是静止时的长度，为，故错误； 、飞船以的速度沿长度方向飞行越过地球，根据相对论尺缩效应分析可知地球上的观测者测得该飞船的长度小于，故正确； 、根据狭义相对论的光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度也等于，故正确，错误。 故选：。 25．【答案】 【解答】解：依据万有引力定律，哈雷预测了哈雷彗星的“按时回归”，故正确； 动量守恒定律不仅适用于宏观世界、低速运动，还适用于微观、高速运动，故错误； 相对论与量子力学分别在高速与微观领域揭示牛顿力学的局限性，但相对论与量子力学并没有否定牛顿力学理论，牛顿力学理论在宏观世界、低速运动中仍适用，故错误，正确。故选：。 声明：试题解析著作声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发 第10页 学科网（北京）股份有限公司 $