7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 专题训练 -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（专题训练） 一．牛顿力学的成就与局限性（共6小题） 二．长度收缩效应（共6小题） 三．（共6小题） 四． （共4小题） 五．经典相对性原理（共5小题） 六．狭义相对论的两个基本假设（共6小题） 一．牛顿力学的成就与局限性（共6小题） 1．关于牛顿力学的成就与局限性，下列说法错误的是（　　） A．牛顿力学的基础是牛顿运动定律 B．天体的运动服从牛顿力学的规律 C．物体在以接近光速运动时所遵从的规律，以及微观世界中的电子、质子、中子等粒子的运动规律，在很多情况下不能用牛顿力学来说明 D．相对论与量子力学否定了牛顿力学 【答案】D 【详解】A．牛顿力学的基础是牛顿运动定律，即牛顿第一定律、牛顿第二定律与牛顿第三定律，故A正确，不符合题意； B．牛顿力学能够解释天体运动的规律，即天体的运动服从牛顿力学的规律，故B正确，不符合题意； C．牛顿运动定律适用于宏观、低速运动物体，当物体在以接近光速的运动时需用相对论，微观粒子运动需用量子力学，牛顿力学在此类情形下不适用，故C正确，不符合题意； D．相对论和量子力学并未否定牛顿力学，而是明确了牛顿力学的适用范围为宏观、低速运动的物体，故D错误，符合题意。 故选D。 2．下列说法正确的是（　　） A．牛顿提出了万有引力定律 B．第谷提出的相对论全面否定了牛顿力学 C．根据开普勒定律可知所有行星均绕地球转动 D．亚里士多德通过扭秤实验测量出万有引力常量 【答案】A 【详解】A．牛顿提出了万有引力定律，故A正确； B．相对论由爱因斯坦提出，且并未全面否定牛顿力学，牛顿力学适用于在低速宏观物体的运动，故B错误； C．开普勒定律基于行星绕太阳运动的规律，而非绕地球，故C错误； D．卡文迪许通过扭秤实验测量出万有引力常量，故D错误。 故选A。 3．物理学在发展完善的过程中，不同年代的物理学家对物理现象进行观察、思考和研究，在实验论证、逻辑推理、演绎论证等基础上建构了比较完善的体系。下列关于物理学的相关描述合理的是（    ） A．牛顿深入思考了月球受到的引力与地面物体受到的引力的关系，把结论推广到宇宙中的一切物体，得出科学史上最伟大的定律之一——“万有引力定律” B．德国天文学家开普勒研究了丹麦天文学家第谷的行星观测数据，最后发现了万有引力定律 C．牛顿运动定律适用于微观高速的物体运动 D．卡文迪什发现了万有引力定律并巧妙地利用扭秤装置，在实验室里比较准确地测出了引力常量G的值 【答案】A 【详解】A．牛顿通过比较月球绕地球运动的向心力与地面物体的重力，结合开普勒定律，推导出万有引力定律，并将其推广到宇宙中一切物体。此描述符合史实，A正确； B．开普勒研究第谷的观测数据，总结出行星运动三定律，而非万有引力定律。万有引力定律由牛顿提出，B错误； C．牛顿运动定律属于经典力学，仅适用于宏观、低速的物体运动，微观高速领域需用量子力学或相对论，C错误； D．万有引力定律由牛顿发现，卡文迪什仅通过扭秤实验测定了引力常量G的值，D错误。 故选A。 4．（多选）以下说法正确的是（　　） A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B．牛顿力学理论的成立具有一定的局限性 C．在牛顿力学中，物体的长度不随运动状态的改变而改变 D．相对论与量子力学否定了牛顿力学理论 【答案】BC 【详解】A．牛顿力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错误； B．牛顿力学只在一定条件下适用，具有一定局限性，B正确； C．牛顿力学研究的是低速运动问题，物体的长度变化很小，可以认为不变，C正确； D．相对论和量子力学并没有否定牛顿力学，认为牛顿力学是在一定条件下的特殊情形，D错误。 故选BC。 5．（多选）关于经典力学的成就，下列说法正确的是（　　） A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次综合，是人类认识史上的一次重大飞跃 B．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性 C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例 D．经典力学对后来的理论有重要影响 【答案】ACD 【详解】AD．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，对后来的理论有重要影响，故AD正确； B．时间的相对性是相对论的观点，故B错误； C．航天器的发射与运行是牛顿力学规律的应用范例，故C正确。 故选ACD。 6．从微观世界到无限宇宙，人们一直在探索着自然的奥秘1897年，物理学家汤姆孙发现了电子、揭示了_______是可分的。物理学家_________在前人的研究积累上。发现日月星辰的旋转与苹果下落有着某些相似，建立了著名的万有引力定律。 【答案】 原子 牛顿 【详解】[1][2]物理学家汤姆孙发现了电子，揭示了原子是可再分的，它由原子核和电子组成；牛顿发现了万有引力，被誉为“近代物理学之父”。 二．长度收缩效应（共6小题） 7．根据狭义相对论，相对观测者以接近光速运动的物体（　　） A．沿运动方向的长度变短 B．沿运动方向的长度变长 C．垂直于运动方向的高度变小 D．垂直于运动方向的高度变大 【答案】A 【详解】根据狭义相对论的长度收缩效应，物体在相对于观测者的运动方向上会发生长度收缩，而垂直于运动方向的长度保持不变。公式为，其中为静止时的长度，为运动方向上的测量长度。 故选A。 8．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度和朝相反方向飞行的飞行器中，且，地面上观察者认为走得最快和最慢的时钟分别是（　　） A．B和C B．A和C C．B和A D．C和A 【答案】B 【详解】根据狭义相对论的时间膨胀公式得，A钟静止于地面（速度），其时间进程最快，因为分母为1，；B钟和C钟的速度分别为和，且。速度越大，分母越小，越大，表明时间进程越慢。因此，C钟速度最大，走得最慢。 故选B。 9．惯性系S中有一静止的边长为l的正方形（轮廓如虚线框所示），从相对S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． 【答案】C 【详解】由相对论尺缩效应可知运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变。 故选C。 10．（多选）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，对于在飞机上的人观察的结果，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大 B．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 C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同 D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同 【答案】BD 【详解】ABC．由 （其中是足球场长轴的长度），可以看出，速度越大，长度越短，故B正确，AC错误； D．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，故D正确。 故选BD。 11．（多选）如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。下列说法正确的是（　　）    A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖 B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖 D．相对梭镖静止的观察者看到管子变短，在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 【答案】AD 【详解】ABC．根据狭义相对论的尺缩效应，如果梭镖相对于观察者运动，那么梭镖收缩变短，而管子长度不变，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，选项A正确，BC错误； D．管子相对梭镖高速运动，由尺缩效应可知相对梭镖静止的观察者看到管子变短，在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来，选项D正确。 故选AD。 12．假如汽车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，汽车里的乘客者看到沿公路的电线杆之间的距离___________，而地面上的观察者看到汽车车窗的高度__________。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】 变小 不变 【详解】[1][2]当汽车以接近光速从观察者身边飞驰而过，根据相对论尺缩效应可知，火车里的观察者看到电线杆距离变小，同时，地面上的观察着看到车厢长度变短，而车厢高度不变。 三．（共6小题） 13．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行。按照狭义相对论进行分析，地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是（　　） A．A时钟 B．B时钟 C．C时钟 D．A、B、C时钟的快慢一样 【答案】C 【详解】根据公式 可知相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢；A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行，可知地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是C时钟。 故选C。 14．在高速列车的车厢安装一盏灯，它每隔一定时间亮一次。列车上的人测得，灯在、两个时刻分别亮了一次，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；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为。则与的关系是（　　） A． B． C． D．无法确定 【答案】B 【详解】根据时间的相对性可得 所以 故选B。 15．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 【答案】D 【详解】ABC．地面上的观察者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ABC错误； D．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D正确。 故选D。 16．（多选）世界上有各式各样的钟：砂钟、石英钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法（　　） A．正确 B．错误 C．若变慢，则变慢程度相同 D．若变慢，则与钟的种类有关系 【答案】AC 【详解】将不同类型的两架钟调整到时间相同，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子匀速运动。如果运动对一架钟的影响比另一架大，则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别，因而可以知道盒子是在运动，显然这违反了相对论的基本原理：一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态，还是匀速运动状态的。所以一架钟变慢时，所有钟必定都变慢，且变慢的程度一定严格相等。 故选AC。 17．（多选）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 【答案】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。 18．（1）以的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过，地面上的人认为它走过这 “实际”上花去的时间是多少？ （2）若卫星以（c为真空中的光速）的速度在太空中飞行，其中一只完好的手表走过了，地面上的人认为它走过这“实际”上花去的时间为多少？ 【详解】（1）由题知，卫星上观测到的时间为，卫星运动的速度为，所以地面上观测到的时间为 （2）地面上观察的时间为 四． （共4小题） 19．有关物体的质量与速度的关系的说法，正确的是（　　） A．物体的质量与物体的运动速度无关 B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大 C．物体的质量随物体的运动速度增大而减小 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零 【答案】B 【详解】ABC．由相对论质量公式 可知物体的质量随速度的增大而增大,故B正确，AC错误； D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于无限大，故D错误。 故选B。 20．以地面为参照系，宇航员在地面上的质量为 m0，在核心舱内的质量为 m，已知核心舱相对地面的飞行速度为 v，如果只考虑狭义相对论效应，则 m 和 m0 的关系正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据爱因斯坦的狭义相对论公式，运动物体质量随速度的增大而增大，则有 故选D。 21．（多选）关于静止时质量为的物体，当以速度为运动时物体的质量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a和v都无关 B．当物体的运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的 C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体的运动接近光速时，质量变化才明显，故经典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，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 【答案】CD 【详解】ABC．根据公式，当物体的运动速度时，物体的质量；但是当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用；只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动，故A、B错误，C正确； D．根据公式，通常物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化，故D正确。 故选CD。 22．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求： (1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命； (2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离； (3)该粒子运动时的动能。 【详解】(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足 τ′＝＝s＝5.87×10－8s (2)平均距离 d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m (3)粒子的静止质量 m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg 粒子的动能为 Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J 五．经典相对性原理（共5小题） 23．以下说法正确的是（　　） A．氢原子内电子的运动适合用经典力学求解 B．经典力学可以解决自然界中所有的问题 C．描述灰尘的运动需要用到相对论 D．地面上观察高速飞行的飞船时，飞船内的时间将比地面上的时间走得慢 【答案】D 【详解】A．氢原子内的电子属于微观粒子，其运动具有显著的量子效应，需用量子力学描述，经典力学不适用，故A错误； B．经典力学仅适用于宏观、低速情况，无法处理高速（接近光速）或微观领域的问题，故B错误； C．灰尘是宏观低速物体，其运动可用经典力学描述，无需相对论，故C错误； D．根据狭义相对论的钟慢效应，高速运动的飞船内的时间相对于地面观察者会变慢，故D正确。 故选D。 24．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（　　） A．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论 B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的 C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射 D．黑洞和量子通信问题不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释 【答案】D 【详解】A．在微观、高速运动中，要用量子力学和相对论来解释，但是不会因为量子力学和相对论的出现，就会让牛顿力学逐渐成为过时的理论，故A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．牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误； D．黑洞和量子通信问题要用量子力学和相对论来解释，不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释，故D正确。 故选D。 25．下列说法中错误的是（　　） A．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释 B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释 C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论 D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架 【答案】A 【详解】ABD．狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动不能够超过光速影响到远处的另一个星球，所以电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释，万有引力理论无法纳入狭义相对论，故选项A错误，BD正确； C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论，故选项C正确。 此题选择错误选项，故选A。 26．（多选）下列关于牛顿力学和相对论的说法正确的是（　　） A．牛顿力学只适用于宏观世界中做低速运动的物体 B．相对论的出现，使牛顿力学失去了意义 C．相对论认为时间和空间并不是相互独立的 D．狭义相对论的其中一个基本假设是在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速不相同 【答案】AC 【详解】A．牛顿力学只适用于宏观世界中做低速运动的物体，故A正确； B．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B错误； C．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，它们之间是相互联系的，不是相互独立的，故C正确； D．狭义相对论的其中一个基本假设是在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速相同，故D错误。 故选AC。 27．质量的质子在高能粒子加速器中被加速到动能。某同学根据计算出质子的速度大小为（计算无误）。此速度值的不合理之处是：______。这说明：牛顿力学只适用于______（选填“高速”或“低速”）。 【答案】 质子速度超过光速 低速 【详解】[1][2]根据题意可知，计算出的质子的速度大于真空中的光速，这是不可能的。这说明公式只适用于宏观、低速运动的物体，不适用微观、高速运动的物体。 六．狭义相对论的两个基本假设（共6小题） 28．在科学发展过程中，许多科学家作出了巨大贡献，以下说法正确的是（　　） A．库仑最早测得元电荷的数值 B．法拉第提出了电荷周围存在电场的观点 C．牛顿进行了著名的“月-地检验”并通过实验测出了引力常量 D．爱因斯坦提出狭义相对论，彻底推翻了牛顿的经典物理学 【答案】B 【详解】A．元电荷e的数值最早由密立根通过油滴实验测得，而库仑的贡献是库仑定律，故A错误； B．法拉第首次提出电场概念，认为电荷周围存在电场，故B正确； C．牛顿提出万有引力定律并完成“月-地检验”，但引力常量由卡文迪许测定，故C错误； D．狭义相对论修正了经典物理学的适用范围（如高速领域），但未彻底推翻牛顿力学，故D错误。 故选B。 29．1905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 【答案】A 【详解】A．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A符合题意； B．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B不符合题意； C．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C不符合题意； D．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D不符合题意。 故选A。 30．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，下列有关观点正确的是（　　） A．爱因斯坦相对论时空观认为空间和时间都是独立于物体及其运动而存在的 B．开普勒第三定律，其中k的大小不仅与中心天体有关，还与环绕天体有关 C．以牛顿运动定律和万有引力定律为基础的经典力学仅适用于宏观、低速、弱引力领域 D．牛顿发现了万有引力定律，随后卡文迪什进行了“月-地检验”将万有引力定律推广至自然界所有物体之间 【答案】C 【详解】A．爱因斯坦相对论时空观认为时空与物质及其运动密切相关，而非独立存在，故A错误； B．开普勒第三定律中的k仅由中心天体的质量决定，与环绕天体无关，故B错误； C．经典力学适用范围为宏观、低速、弱引力领域，符合实际描述，故C正确； D．“月-地检验”由牛顿完成，卡文迪什通过扭秤实验测定了引力常量，故D错误。 故选C。 31．（多选）光在真空中的速度为c，如果某飞船在以0.5c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1.5c B．该星球上的人观测到的光信号的速度为c C．地球上的人观测到的光信号的速度为c D．飞船正后方的某星球上的人观测到的光信号的速度为0.5c 【答案】BC 【详解】根据相对论，真空中的光速相对于不同的惯性参考系是相同的，都是，故BC正确，AD错误。 故选BC。 32．（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（　　） A．牛顿首先发现了万有引力定律 B．卡文迪什第一个测出了引力常量，也成为了第一个测出地球质量的人 C．相对论的创立表明牛顿力学已不再适用 D．相对论时空观把物理学推到更高领域 【答案】ABD 【详解】AB．牛顿在总结前人的基础上发现了万有引力定律，而英国科学家卡文迪什利用扭秤装置，第一次测出了引力常量G，也成为了第一个测出地球质量的人，故A正确，B正确； C．相对论的创立并不表明经典力学已不再适用，以牛顿运动定律为基础的经典力学，依然适用于低速宏观的物体，故C错误； D．狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，相对论时空观把物理学推到更高领域，故D正确。 故选ABD。 33．在匀速直线运动的火车上，一旅客不慎将公文包遗忘在卫生间里，经1 min旅客从卫生间返回自己的座位时发现公文包不在，立即返回卫生间找到包，设旅客相对火车的速度大小不变，问：他从发觉丢包到找到包所用的时间是多少？ 【详解】火车匀速运动，所以可以把火车看作相对静止，座位到卫生间的路程不变，人相对于车的速度不变，因为，所以返回座位和从座位上返回找包所用时间相同，为1min。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（专题训练） 一．牛顿力学的成就与局限性（共6小题） 二．长度收缩效应（共6小题） 三．（共6小题） 四． （共4小题） 五．经典相对性原理（共5小题） 六．狭义相对论的两个基本假设（共6小题） 一．牛顿力学的成就与局限性（共6小题） 1．关于牛顿力学的成就与局限性，下列说法错误的是（　　） A．牛顿力学的基础是牛顿运动定律 B．天体的运动服从牛顿力学的规律 C．物体在以接近光速运动时所遵从的规律，以及微观世界中的电子、质子、中子等粒子的运动规律，在很多情况下不能用牛顿力学来说明 D．相对论与量子力学否定了牛顿力学 2．下列说法正确的是（　　） A．牛顿提出了万有引力定律 B．第谷提出的相对论全面否定了牛顿力学 C．根据开普勒定律可知所有行星均绕地球转动 D．亚里士多德通过扭秤实验测量出万有引力常量 3．物理学在发展完善的过程中，不同年代的物理学家对物理现象进行观察、思考和研究，在实验论证、逻辑推理、演绎论证等基础上建构了比较完善的体系。下列关于物理学的相关描述合理的是（    ） A．牛顿深入思考了月球受到的引力与地面物体受到的引力的关系，把结论推广到宇宙中的一切物体，得出科学史上最伟大的定律之一——“万有引力定律” B．德国天文学家开普勒研究了丹麦天文学家第谷的行星观测数据，最后发现了万有引力定律 C．牛顿运动定律适用于微观高速的物体运动 D．卡文迪什发现了万有引力定律并巧妙地利用扭秤装置，在实验室里比较准确地测出了引力常量G的值 4．（多选）以下说法正确的是（　　） A．牛顿力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B．牛顿力学理论的成立具有一定的局限性 C．在牛顿力学中，物体的长度不随运动状态的改变而改变 D．相对论与量子力学否定了牛顿力学理论 5．（多选）关于经典力学的成就，下列说法正确的是（　　） A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次综合，是人类认识史上的一次重大飞跃 B．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性 C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例 D．经典力学对后来的理论有重要影响 6．从微观世界到无限宇宙，人们一直在探索着自然的奥秘1897年，物理学家汤姆孙发现了电子、揭示了_______是可分的。物理学家_________在前人的研究积累上。发现日月星辰的旋转与苹果下落有着某些相似，建立了著名的万有引力定律。 二．长度收缩效应（共6小题） 7．根据狭义相对论，相对观测者以接近光速运动的物体（　　） A．沿运动方向的长度变短 B．沿运动方向的长度变长 C．垂直于运动方向的高度变小 D．垂直于运动方向的高度变大 8．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度和朝相反方向飞行的飞行器中，且，地面上观察者认为走得最快和最慢的时钟分别是（　　） A．B和C B．A和C C．B和A D．C和A 9．惯性系S中有一静止的边长为l的正方形（轮廓如虚线框所示），从相对S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． 10．（多选）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，对于在飞机上的人观察的结果，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大 B．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 C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同 D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同 11．（多选）如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。下列说法正确的是（　　）    A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖 B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖 D．相对梭镖静止的观察者看到管子变短，在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来 12．假如汽车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，汽车里的乘客者看到沿公路的电线杆之间的距离___________，而地面上的观察者看到汽车车窗的高度__________。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 三．（共6小题） 13．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行。按照狭义相对论进行分析，地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是（　　） A．A时钟 B．B时钟 C．C时钟 D．A、B、C时钟的快慢一样 14．在高速列车的车厢安装一盏灯，它每隔一定时间亮一次。列车上的人测得，灯在、两个时刻分别亮了一次，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；地面上的人测得这两个事件的时间间隔为。则与的关系是（　　） A． B． C． D．无法确定 15．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．（多选）世界上有各式各样的钟：砂钟、石英钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法（　　） A．正确 B．错误 C．若变慢，则变慢程度相同 D．若变慢，则与钟的种类有关系 17．（多选）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 18．（1）以的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过，地面上的人认为它走过这 “实际”上花去的时间是多少？ （2）若卫星以（c为真空中的光速）的速度在太空中飞行，其中一只完好的手表走过了，地面上的人认为它走过这“实际”上花去的时间为多少？ 四． （共4小题） 19．有关物体的质量与速度的关系的说法，正确的是（　　） A．物体的质量与物体的运动速度无关 B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大 C．物体的质量随物体的运动速度增大而减小 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零 20．以地面为参照系，宇航员在地面上的质量为 m0，在核心舱内的质量为 m，已知核心舱相对地面的飞行速度为 v，如果只考虑狭义相对论效应，则 m 和 m0 的关系正确的是（    ） A． B． C． D． 21．（多选）关于静止时质量为的物体，当以速度为运动时物体的质量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a和v都无关 B．当物体的运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的 C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体的运动接近光速时，质量变化才明显，故经典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，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 22．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求： (1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命； (2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离； (3)该粒子运动时的动能。 五．经典相对性原理（共5小题） 23．以下说法正确的是（　　） A．氢原子内电子的运动适合用经典力学求解 B．经典力学可以解决自然界中所有的问题 C．描述灰尘的运动需要用到相对论 D．地面上观察高速飞行的飞船时，飞船内的时间将比地面上的时间走得慢 24．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（　　） A．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论 B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的 C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射 D．黑洞和量子通信问题不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释 25．下列说法中错误的是（　　） A．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释 B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释 C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论 D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架 26．（多选）下列关于牛顿力学和相对论的说法正确的是（　　） A．牛顿力学只适用于宏观世界中做低速运动的物体 B．相对论的出现，使牛顿力学失去了意义 C．相对论认为时间和空间并不是相互独立的 D．狭义相对论的其中一个基本假设是在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速不相同 27．质量的质子在高能粒子加速器中被加速到动能。某同学根据计算出质子的速度大小为（计算无误）。此速度值的不合理之处是：______。这说明：牛顿力学只适用于______（选填“高速”或“低速”）。 六．狭义相对论的两个基本假设（共6小题） 28．在科学发展过程中，许多科学家作出了巨大贡献，以下说法正确的是（　　） A．库仑最早测得元电荷的数值 B．法拉第提出了电荷周围存在电场的观点 C．牛顿进行了著名的“月-地检验”并通过实验测出了引力常量 D．爱因斯坦提出狭义相对论，彻底推翻了牛顿的经典物理学 29．1905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 30．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，下列有关观点正确的是（　　） A．爱因斯坦相对论时空观认为空间和时间都是独立于物体及其运动而存在的 B．开普勒第三定律，其中k的大小不仅与中心天体有关，还与环绕天体有关 C．以牛顿运动定律和万有引力定律为基础的经典力学仅适用于宏观、低速、弱引力领域 D．牛顿发现了万有引力定律，随后卡文迪什进行了“月-地检验”将万有引力定律推广至自然界所有物体之间 31．（多选）光在真空中的速度为c，如果某飞船在以0.5c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1.5c B．该星球上的人观测到的光信号的速度为c C．地球上的人观测到的光信号的速度为c D．飞船正后方的某星球上的人观测到的光信号的速度为0.5c 32．（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（　　） A．牛顿首先发现了万有引力定律 B．卡文迪什第一个测出了引力常量，也成为了第一个测出地球质量的人 C．相对论的创立表明牛顿力学已不再适用 D．相对论时空观把物理学推到更高领域 33．在匀速直线运动的火车上，一旅客不慎将公文包遗忘在卫生间里，经1 min旅客从卫生间返回自己的座位时发现公文包不在，立即返回卫生间找到包，设旅客相对火车的速度大小不变，问：他从发觉丢包到找到包所用的时间是多少？ 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $