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

7.5　相对论时空观与牛顿力学的局限性 一、单选题 1.关于牛顿力学,下列说法正确的是(　　) A.仅适用于微观粒子的运动 B.适用于宏观物体的低速运动 C.牛顿力学中,物体的质量与其运动速度有关 D.牛顿力学中,物体的长度与其运动速度有关 2.关于牛顿力学和量子力学,下列说法正确的是(　　) A.不论是对宏观物体,还是微观粒子,牛顿力学和量子力学都是适用的 B.量子力学适用于宏观物体的运动,牛顿力学适用于微观粒子的运动 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.上述说法都是错误的 3.关于牛顿力学的局限性,下列说法正确的是(　　) A.火车提速后,有关速度问题不能用牛顿力学来处理 B.由于牛顿力学有局限性,所以一般力学问题都用相对论力学来解决 C.牛顿力学适用于宏观低速运动的物体 D.牛顿力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体 4.下列物体的运动不能用牛顿力学描述的是(　　) A.飞机的飞行 B.人造卫星的运行 C.小汽车的行驶 D.光子的运动 5.一张长方形宣传画长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 6.甲、乙、丙是三个完全相同的时钟,甲放在地球上,乙、丙分别放在两个高速运动的火箭上,以速度v乙和v丙朝同一方向远离地球飞行,v乙<v丙。地面上的观察者看(　　) A.甲时钟走得最慢 B.乙时钟走得最慢 C.丙时钟走得最慢 D.甲、乙、丙时钟快慢一样 7.在一个高速旋转的巨大转盘上放置三个完全相同的时钟,a放在转轴处,b放在a、c中间,c放在边缘处,如图所示。对于地面上的观察者,根据相对论认为三个时钟的快慢情况,下列说法正确的是(　　) A.时钟a最快,时钟b、c一样慢 B.时钟a最慢,时钟b、c一样快 C.时钟a最快,时钟c最慢 D.时钟a最慢,时钟c最快 8.如图所示,一同学在教室上课,教室的长度为9 m,教室中间位置有一光源。有一飞行器从前向后高速通过教室外侧,已知光速为c,飞行器中的飞行员认为(　　) A.教室中的时钟变快 B.教室的长度大于9 m C.从光源发出的光先到达教室后壁 D.光源发出的光,向后的速度小于c 二、多选题 9.牛顿力学规律适用于下列运动的是(　　) 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 10.A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过,且vA>vB,对于在飞机上的人观察结果,下列说法正确的是(　　) A.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小 B.两飞机上的人观察到足球场的长度相同 C.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同 D.A飞机上的人观察B飞机的长度和时间进程均有微小变化 11.关于静止时质量为m0的物体,当以速度v运动时物体的质量m,以下说法正确的是(　　) A.在任何情况下,物体的质量都不会改变,即与v无关 B.当物体的运动速度v>0时,物体的质量m>m0,即物体的质量改变了,故牛顿力学不再适用 C.当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,牛顿力学理论仍然适用,只有当物体的运动速度接近光速时,质量变化才明显,故牛顿力学适用于低速运动,而不适用于高速运动 D.通常由于物体的运动速度太小,质量变化十分微弱,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化 三、非选择题 12.在某惯性系中测得相对该惯性系静止的立方体的边长为L0,另一惯性系以相对速度v平行于立方体的一边运动。则在后一惯性系中的观察者测得的该立方体体积是多少? 13.已知μ子低速运动时的平均寿命是2.2 μs。当μ子以0.99c的速度飞行,若选择μ子为参考系。 (1)此时μ子的平均寿命是多少? (2)对于地面上的观测者来说,平均寿命又是多少? 14.长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关,物体在运动方向长度缩短了。一艘宇宙飞船的船身长度为l0=90 m,相对地面以v=0.8c的速度从一观测站的上空飞过。 (1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少? (2)航天员测得船身通过观测站的时间间隔是多少? 标准答案 一、单选题 1.答案:B 解析:牛顿力学使用条件为宏观、低速,对微观、高速运动不再适用,选项A错误,B正确。在相对论力学中,物体的质量、长度与其运动速度有关;牛顿力学中,物体的质量、长度与其运动速度无关,选项C、D错误。 2.答案:C 解析:牛顿力学适用于低速运动、宏观物体,不适用于高速运动、微观粒子。量子力学不适用于宏观物体,适用于微观粒子,选项C正确。 3.答案:C 解析:牛顿力学有局限性,适用于宏观、低速运动的物体,但对于一般力学问题仍能用牛顿力学来解决,所以即使在火车提速后,有关速度问题仍能用牛顿力学来处理,选项A、B错误,C正确;牛顿力学不仅适用于像地球和太阳那样大的宏观物体,也适用于一般尺寸的宏观物体,选项D错误。 4.答案:D 解析:牛顿力学适用于低速、宏观的物体,选项A、B、C不符合题意,D符合题意。 5.答案: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。 6.答案:C 解析:钟慢效应:运动的钟比静止的钟走得慢,而且,运动速度越快,钟走得越慢,接近光速时,钟就几乎停止了;甲钟放在地面上,在地面上的人看来,甲钟没有变化。乙、 丙两钟放在两个火箭上,根据爱因斯坦相对论可知,乙、丙变慢,由于v乙<v丙,丙钟比乙钟更慢,所以甲钟最快,丙钟最慢,选项C正确。 7.答案:C 解析:时钟a、b、c在高速旋转的巨大转盘上运动,角速度相等,根据v=ωr,可知va<vb<vc,根据公式Δt=,地面上的观察者认为时钟c走得最慢,因为它相对观 察者的速度最大;时钟b比时钟c快一些,而时钟a最快,选项C正确。 8.答案:C 解析:根据Δt=,可知飞行器中的飞行员认为看到教室中的时钟变慢;根据l=l0,可知教室的长度变短,即长度小于9 m,选项A、B错误;教室中的人认 为,光向前、向后传播的速度相等,光源在教室中央,光同时到达前、后两壁,飞行员以飞行器为参考系,光向前、向后传播的速度相等,向后壁传播的路程短些,到达后壁的时刻早些,选项C正确;根据光速不变原理,不论光源与观察者之间做怎样的相对运动,光速都是一样的,选项D错误。 二、多选题 9.答案:ABC 解析:牛顿力学的适用范围是宏观、低速情形,子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动,牛顿力学能适用,选项A、B、C正确;对于微观、高速的情形牛顿力学不适用,选项D错误。 10.答案:ACD 解析:由l=l0(其中l0是相对足球场静止时的长度),可以看出,速度越大,“动尺变短”的效应越明显,选项A正确;但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直,所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同,选项C正确;因A、B两飞机有相对运动,选项D正确。 11.答案:CD 解析:根据公式m=,当物体的运动速度v>0时,物体的质量m>m0,但是当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,牛顿力学理论仍然适用,只有当物体的运动速度接近光速时,质量变化才明显,故牛顿力学适用于低速运动,而不适用于高速运动,选项A、B错误,C正确;通常物体的运动速度太小,质量变化十分微弱,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化,选项D正确。 三、非选择题 12.解:由狭义相对论知,在运动方向上,观察者测得的立方体的边长L=L0,而在垂直于运动方向上,测得的立方体的边长不变,所以观察者测得的立方体的体积V=L=。 13.解:(1)相对于光速而言,低速运动即可近似认为速度为0,即若选择与μ子一起运动的某一物体为参考系,此时μ子的平均寿命是2.2 μs。 (2)对于地面上的观测者来说,Δt==15.6 μs。 14.解:(1)观测站测得船身的长度为 l=l0=90× m=54 m 通过观测站的时间间隔为 Δt==2.25×10-7 s。 (2)航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt'==3.75×10-7 s。 学科网（北京）股份有限公司 $