专题04 牛顿力学的局限性与相对论初步（期中复习专项训练）高一物理下学期沪科版

专题04牛顿力学的局限性与相对论初步 题型1 牛顿力学的成就与局限性 题型2狭义相对论的两个基本假设（常考点） 题型3长度收缩效应 题型4时间延缓效应 题型5相对论速度变换公式（常考点） 题型6相对论质量（常考点） 题型7广义相对论（难点） 题型8宇宙起源和恒星演化（常考点） 题型1牛顿力学的成就与局限性（共4小题） 1．（2026高二上·广东·学业考试）下列物体的运动，不能用牛顿力学规律描述的是（　　） A．飞机起飞 B．火车进站 C．粒子以接近光速运动 【答案】C 【详解】A. 飞机起飞是宏观物体的低速运动（速度远低于光速），牛顿力学可准确描述，故A错误； B. 火车进站是宏观物体的低速运动（速度远低于光速），牛顿力学可准确描述，故B错误； C. 粒子以接近光速运动时，需考虑相对论效应（如质量增加、时间膨胀），牛顿力学无法准确描述，故C正确。 故选C。 2．（2024高二上·河南信阳·学业考试）对于下列物体的运动，经典力学不适用的是（　　） A．复兴号列车在高速行驶 B．辽宁号航母在大海上航行 C．国产大飞机C919在空中飞行 D．微观粒子以0.7倍的光速运动 【答案】D 【详解】经典力学（牛顿力学）适用于宏观物体在低速（远低于光速）运动的情况。当物体的速度接近光速或物体为微观粒子时，经典力学不再适用，需用相对论或量子力学分析。复兴号列车、辽宁号航母、国产大飞机C919均为宏观物体，其速度都远低于光速，经典力学均适用；微观粒子（如电子或质子）以0.7倍的光速运动时，由于其速度极高（），相对论效应显著，故经典力学不再适用。 故选D。 3．（25-26高一上·江苏苏州·期中）下列说法中正确的是（　　） A．牛顿首先把实验和逻辑推理结合起来，开创了一套新的科学研究方法 B．平均速度、瞬时速度、加速度的概念是由伽利略首先提出来的 C．胡克首先发现了弹簧的弹力和形变量成反比 D．以加速运动的物体为参考系，牛顿第一定律依然成立 【答案】B 【详解】A．伽利略首次将实验与逻辑推理结合，开创科学研究新方法，而非牛顿，故A错误； B．伽利略在研究匀变速运动时，提出了平均速度、瞬时速度及加速度的概念，故B正确； C．胡克定律表明弹簧弹力与形变量成正比（），而非成反比，故C错误； D．牛顿第一定律仅在惯性参考系中成立，加速运动的参考系是非惯性系，定律不成立，故D错误。 故选B。 4．（25-26高三上·江苏无锡·阶段练习）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0.7c的飞船上观察地面上的物体长度为L，则物体的实际长度比L长 【答案】A 【详解】A．探究合力分力关系时使用等效替代法，故A说法错误，符合题意； B．当时，平均速度的极限即为瞬时速度，运用了极限思想，故B说法正确，不符合题意； C．牛顿力学适用于宏观低速，不适用于微观高速，故C说法正确，不符合题意； D．根据相对论长度收缩公式，飞船速度为0.7c时，观察长度小于实际长度，故D说法正确，不符合题意。 故选A。 题型2狭义相对论的两个基本假设（共4小题） 5．（24-25高一下·河南·月考）关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来也一定是同时的 B．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变 C．相对论时空观认为运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 D．相对论和量子力学证明了牛顿力学是错误和过时的 【答案】B 【详解】A．相对论强调同时的相对性，故A错误； B．经典力学中质量恒定，故B正确； C．根据相对论，运动的时钟会变慢（时间膨胀），沿运动方向的尺子会变短（长度收缩），故C错误； D．牛顿力学未被完全推翻，而是适用范围受限，故D错误； 故选B。 6．（22-23高一下·四川绵阳·期末）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。 7．（2023高二上·江苏·学业考试）物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。下列说法正确的是（　　） A．牛顿创立了“日心说” B．哥白尼创立了“相对论” C．开普勒发现了行星运动定律 D．伽利略发现了万有引力定律 【答案】C 【详解】A．哥白尼创立了“日心说”，A错误； B．爱因斯坦创立了“相对论”，B错误； C．开普勒发现了行星运动定律，C正确； D．牛顿发现了万有引力定律，D错误。 故选C。 8．（24-25高二上·上海·开学考试）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0.3c的速度匀速飞过（c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 【答案】A 【详解】根据狭义相对论可知，飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时，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。 故选A。 题型3长度收缩效应（共2小题） 9．（25-26高三上·黑龙江吉林·月考）关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．相对论和量子力学证明牛顿力学是错误和过时的 B．牛顿力学认为物体的质量会随运动速度增大而增大 C．相对论时空观认为运动的尺子在其前进方向上会变长 D．相对论时空观认为运动的时钟在外界观测者看来会变慢 【答案】D 【详解】A．相对论和量子力学是在高速和微观领域对牛顿力学的扩展，但牛顿力学在低速宏观条件下仍适用，并非完全错误或过时，故A错误； B．牛顿力学中物体的质量是常量，不随运动速度变化；相对论中质量随运动速度增大而增大，故B错误； C．相对论时空观中的长度收缩效应表明，运动的尺子在其运动方向上会缩短，而非变长，故C错误； D．相对论时空观中的时间膨胀效应表明，运动的时钟在外界观测者看来会变慢，故D正确。 故选D。 10．（24-25高一下·山西·月考）2025年4月10日，北京天文馆举办特别线下课，主题为“广义相对论下的光线偏折”。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（    ） A．相对论时空观认为，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度长 B．相对论时空观认为，运动的钟比静止的钟走得快，且运动速度越大，钟走的越快 C．经典力学能很好地描述微观粒子的运动规律，研究地球绕太阳公转时就不适用了 D．经典时空观认为，时间间隔、空间距离以及物体的质量都是绝对不变的 【答案】D 【详解】A．相对论时空观认为，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度短，故A错误； B．相对论时空观认为，运动的钟比静止的钟走得慢，且运动速度越大，钟走的越慢，故B错误； C．经典力学适用于宏观、低速的物体，不适用于微观、高速的物体，因此经典力学不能很好地描述微观粒子的运动规律，但可以很好地研究地球绕太阳公转的运动情况，故C错误； D．经典时空观认为，时间间隔、空间距离以及物体的质量都是绝对不变的，与运动状态无关，故D正确。 故选D。 题型4时间延缓效应（共2小题） 11．（24-25高一下·江苏扬州·期末）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0.5c 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 【答案】C 【详解】AB．根据光速不变原理，任何惯性系中光速均为，即该星球上的人观测到的光信号的速度为c，故AB错误； C．根据狭义相对论的时间膨胀效应，运动的时钟变慢，飞船相对星球运动，故星球上的人观测飞船时钟变慢，C正确； D．结合上述，飞船上的人认为星球在运动，会观测到星球的时钟变慢而非变快，故D错误。 故选C。 12．（2025高二上·广东·学业考试）如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC。对于地面上的观察者来说，则走得最慢是（　　） A．时钟A B．时钟B C．时钟C 【答案】C 【详解】根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了。时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢。因C速度最大，则C时钟最慢。 故选C。 题型5相对论速度变换公式（共4小题） 13．（24-25高一下·江苏常州·期末）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． 【答案】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。 14．（21-22高一下·全国·单元测试）一粒子以0.05c的速率相对实验室运动，此粒子发射出一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的速度方向与粒子运动方向相同，则电子相对于实验室的速度为（　　） A．0.402c B．0.505c C．0.627c D．0.817c 【答案】D 【详解】由相对论速度变换公式得 故选D。 15．（11-12高二·全国·课后作业）在以接近光速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与的关系是（　　） A． B． C． D．以上均不正确 【答案】B 【详解】按照经典时空观则有 实际上，根据相对论速度变换公式可知 所以严格地来说，应当是 而经典时空观 是在 时的一种近似，而只有在的乘积与相比较不能忽略时，才能明显地看出，因此ACD错误，B正确。 故选B。 16．（22-23高三·河南郑州·期中）静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时该粒子物质波的波长λ与速度v的关系为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据德布罗意物质公式和相对论质—速公式有 解得 可知 故选C。 题型6相对论质量（共2小题） 17．（2025·上海·一模）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。 18．（22-23高一下·全国·单元测试）当物体以很大速度运动时，它的质量与静止质量m0的关系是，此时它的动能应该是（　　） A． B． C．mc2－m0c2 D．以上说法都不对 【答案】C 【详解】由爱因斯坦的质能方程 在相对论中物体的动能 故选C。 题型7广义相对论（共4小题） 19．（23-24高一下·上海黄浦·期末）2016年，美国激光干涉引力波天文台宣布，探测到了来自13亿光年之外一个两个黑洞碰撞合并所发出的引力波，这是人类第一次直接探测到的引力波信号。基本证实了一下哪种理论的正确性（　　） A．广义相对论 B．万有引力定律 C．量子理论 D．光子说 【答案】A 【详解】引力波是爱因斯坦在广义相对论中预言的，即任何物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动，可以把它相像成水面上物体运动时产生的水波。2016年，美国激光干涉引力波天文台宣布，探测到了来自13亿光年之外一个两个黑洞碰撞合并所发出的引力波，这是人类第一次直接探测到的引力波信号。基本证实了广义相对论。 故选A。 20．（23-24高一下·上海·期中）2016年2月11日，美国的研究人员宣布探测到引力波．引力波是爱因斯坦广义相对论中的一个重要预言，爱因斯坦认为，任何物体加速运动都会给时空带来扰动，这种扰动向外传播形成引力波，引力波的探测难度很大，因为只有质量非常大的天体加速运动时，才会产生较容易探测的引力波，由于引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱，所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播，根据以上信息，下列说法正确的是（　　） A．引力波极容易被探测到 B．引力波在宇宙中传播时会迅速衰减 C．只有质量非常大的天体加速运动，才能产生引为波 D．引力波的发现为爱因斯坦的广义相对论提供了证据 【答案】D 【详解】A．引力波探测难度很大，不容易被探测到，选项A错误； B．引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱，所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播，选项B错误； C．任何物体加速运动都会产生引力波，只有质量非常大的天体加速运动，才会产生较容易探测的引力波，选项C错误； D．引力波的发现为爱因斯坦的广义相对论提供了证据，选项D正确。 故选D。 21．（22-23高二下·全国·课前预习）关于粒子，下列说法正确的是（　　） A．质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷 B．强子都是带电的粒子 C．目前发现的轻子只有8种 D．光子属于轻子 【答案】A 【详解】A．许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷，故A正确； B．有的强子带电，有的强子不带电，故B错误； C．目前发现的轻子只有6种，故C错误； D．质子和中子属于强子，光子属于规范玻色子，故D错误。 故选A。 22．（22-23高一下·福建福州·期末）下列与物理相关的叙述错误的是（    ） A．卡文迪许采用“微小量放大法”测出万有引力常量，被称为“第一个能称出地球质量的人” B．海王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的 C．开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，总结出了行星运动的三大定律 D．在前进速度为的列车上向后发射一束光，在地面上的观察者看来这束光的速度是 【答案】D 【详解】A．卡文迪许用扭秤测出万有引力常量，被称为“第一个能称出地球质量的人”，故A正确，不符合题意； B．人们发现天王星的实际轨道与理论轨道存在偏差，然后运用万有引力定律计算出“新”星的轨道，从而发现了海王星，故B正确，不符合题意； C．开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，总结出了行星运动的三大定律，故C正确，不符合题意； D．根据光速不变原理可知，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度是相同的；所以地面上的观察者看来这束光的速度是，故D错误，符合题意。 故选D。 题型8宇宙起源和恒星演化（共8小题） 23．（24-25高一下·上海·期末）有关恒星，下列说法中正确的是（　　） A．一颗恒星的寿命取决于它的形状 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大巨星 【答案】C 【详解】A．恒星的寿命取决于质量而非形状，质量越大寿命越短，故A错误； B．质量大的恒星核反应剧烈，燃料消耗更快，寿命更短，故B错误； C．老年恒星核心收缩、外层膨胀形成红巨星或超巨星，符合恒星演化规律，故C正确； D．巨星和超巨星爆炸形成的是超新星，而非“超大巨星”，故D错误。 故选C。 24．（24-25高二上·上海·开学考试）关于恒星的说法正确的是（　　） A．极少数恒星有着和太阳相同的化学成分 B．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星刚刚诞生 C．恒星起源于宇宙中的气体、尘埃等物质 D．神秘天体—黑洞一般由小质量恒星演化形成 【答案】C 【详解】A．绝大多数恒星有着和太阳相同的化学成分，故A错误； B．恒星燃料耗尽后其核心不再释放能量，核心开始收缩，而外部开始膨胀，于是恒星就变成了一颗红色的巨星或超巨星，故B错误； C．恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们由气体、尘埃等物质聚集而成，通过核反应产生能量并持续辐射出来，故C正确； D．神秘天体—黑洞一般由大质量恒星演化形成，故D错误。 故选C。 25．（23-24高一下·上海黄浦·期末）太阳的寿命估计为100亿年，目前已度过了约50亿年，当太阳耗尽核燃料后，最终将会演化变成（　　） A．主序星 B．白矮星 C．中子星 D．红巨星 【答案】B 【详解】太阳只是宇宙中一颗普通的恒星，寿命可达100亿年，太阳进入暮年后，会把所有的燃料都耗尽，成为一颗白矮星，最终化为另一种天体存在于宇宙中。 故选B。 26．（22-23高二下·上海黄浦·期末）有关恒星的寿命下列说法中正确的是（　　　） A．恒星的质量越大，它的寿命越长 B．恒星的质量越小，它的寿命越长 C．恒星的寿命与质量无关 D．恒星的寿命与构成恒星的物质、温度、亮度有关 【答案】B 【详解】ABC．恒星质量越大，内部压力越大，核反应越快，质量亏损越快，寿命越短，故恒星的质量越小，寿命就越长。故AC错误，B正确； D．恒星的寿命与构成恒星的物质、温度、亮度无关 ，故D错误。 故选B。 27．（23-24高一下·上海闵行·期末）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 【答案】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。 28．（23-24高三上·山东烟台·期末）晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”、“蓝星”以及它们发出的光，下列说法中正确的是（　　） A．红光的波长比蓝光的波长短 B．红光的光子能量比蓝光的光子能量大 C．“红星”的表面温度比“蓝星”的表面温度高 D．“蓝星”的表面温度比“红星”的表面温度高 【答案】D 【详解】AB．红光的波长比蓝光的波长长，红光的频率比蓝光的波长低，根据 可知红光的光子能量比蓝光的光子能量小，故AB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，故D正确，C错误。 故选D。 29．（22-23高一下·上海奉贤·期末）按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（　　） A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星 B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 【答案】B 【详解】A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度不是极小的，故A错误； B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星，故B正确； C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云的组成部分，而后这些星云会收缩成为一颗新的恒星，故C错误； D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，恒星就形成了，故D错误。 故选B。 30．（21-22高一下·上海浦东新·期末）关于宇宙的起源与演化，下列说法正确的是（　　） A．牛顿认为宇宙空间是无限的，时间是有限的 B．牛顿认为宇宙空间是有限的，时间是无限的 C．大爆炸宇宙学认为时间是有开端的 D．大爆炸宇宙学认为空间是没有开端的 【答案】C 【详解】AB．牛顿认为宇宙空间是无限的，时间也是无限的，故AB错误； CD．大爆炸宇宙学认为大爆炸是时间、空间，以及宇宙中所有物质等构架的开端，故C正确，D错误。 故选C。 1 / 15zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04牛顿力学的局限性与相对论初步 题型1牛顿力学的成就与局限性（共4小题） 1． 【答案】C 【详解】A. 飞机起飞是宏观物体的低速运动（速度远低于光速），牛顿力学可准确描述，故A错误； B. 火车进站是宏观物体的低速运动（速度远低于光速），牛顿力学可准确描述，故B错误； C. 粒子以接近光速运动时，需考虑相对论效应（如质量增加、时间膨胀），牛顿力学无法准确描述，故C正确。 故选C。 2． 【答案】D 【详解】经典力学（牛顿力学）适用于宏观物体在低速（远低于光速）运动的情况。当物体的速度接近光速或物体为微观粒子时，经典力学不再适用，需用相对论或量子力学分析。复兴号列车、辽宁号航母、国产大飞机C919均为宏观物体，其速度都远低于光速，经典力学均适用；微观粒子（如电子或质子）以0.7倍的光速运动时，由于其速度极高（），相对论效应显著，故经典力学不再适用。 故选D。 3． 【答案】B 【详解】A．伽利略首次将实验与逻辑推理结合，开创科学研究新方法，而非牛顿，故A错误； B．伽利略在研究匀变速运动时，提出了平均速度、瞬时速度及加速度的概念，故B正确； C．胡克定律表明弹簧弹力与形变量成正比（），而非成反比，故C错误； D．牛顿第一定律仅在惯性参考系中成立，加速运动的参考系是非惯性系，定律不成立，故D错误。 故选B。 4． 【答案】A 【详解】A．探究合力分力关系时使用等效替代法，故A说法错误，符合题意； B．当时，平均速度的极限即为瞬时速度，运用了极限思想，故B说法正确，不符合题意； C．牛顿力学适用于宏观低速，不适用于微观高速，故C说法正确，不符合题意； D．根据相对论长度收缩公式，飞船速度为0.7c时，观察长度小于实际长度，故D说法正确，不符合题意。 故选A。 题型2狭义相对论的两个基本假设（共4小题） 5． 【答案】B 【详解】A．相对论强调同时的相对性，故A错误； B．经典力学中质量恒定，故B正确； C．根据相对论，运动的时钟会变慢（时间膨胀），沿运动方向的尺子会变短（长度收缩），故C错误； D．牛顿力学未被完全推翻，而是适用范围受限，故D错误； 故选B。 6． 【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。 7． 【答案】C 【详解】A．哥白尼创立了“日心说”，A错误； B．爱因斯坦创立了“相对论”，B错误； C．开普勒发现了行星运动定律，C正确； D．牛顿发现了万有引力定律，D错误。 故选C。 8． 【答案】A 【详解】根据狭义相对论可知，飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时，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。 故选A。 题型3长度收缩效应（共2小题） 9． 【答案】D 【详解】A．相对论和量子力学是在高速和微观领域对牛顿力学的扩展，但牛顿力学在低速宏观条件下仍适用，并非完全错误或过时，故A错误； B．牛顿力学中物体的质量是常量，不随运动速度变化；相对论中质量随运动速度增大而增大，故B错误； C．相对论时空观中的长度收缩效应表明，运动的尺子在其运动方向上会缩短，而非变长，故C错误； D．相对论时空观中的时间膨胀效应表明，运动的时钟在外界观测者看来会变慢，故D正确。 故选D。 10． 【答案】D 【详解】A．相对论时空观认为，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度短，故A错误； B．相对论时空观认为，运动的钟比静止的钟走得慢，且运动速度越大，钟走的越慢，故B错误； C．经典力学适用于宏观、低速的物体，不适用于微观、高速的物体，因此经典力学不能很好地描述微观粒子的运动规律，但可以很好地研究地球绕太阳公转的运动情况，故C错误； D．经典时空观认为，时间间隔、空间距离以及物体的质量都是绝对不变的，与运动状态无关，故D正确。 故选D。 题型4时间延缓效应（共2小题） 11． 【答案】C 【详解】AB．根据光速不变原理，任何惯性系中光速均为，即该星球上的人观测到的光信号的速度为c，故AB错误； C．根据狭义相对论的时间膨胀效应，运动的时钟变慢，飞船相对星球运动，故星球上的人观测飞船时钟变慢，C正确； D．结合上述，飞船上的人认为星球在运动，会观测到星球的时钟变慢而非变快，故D错误。 故选C。 12．【答案】C 【详解】根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了。时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢。因C速度最大，则C时钟最慢。 故选C。 题型5相对论速度变换公式（共4小题） 13． 【答案】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。 14．【答案】D 【详解】由相对论速度变换公式得 故选D。 15． 【答案】B 【详解】按照经典时空观则有 实际上，根据相对论速度变换公式可知 所以严格地来说，应当是 而经典时空观 是在 时的一种近似，而只有在的乘积与相比较不能忽略时，才能明显地看出，因此ACD错误，B正确。 故选B。 16． 【答案】C 【详解】根据德布罗意物质公式和相对论质—速公式有 解得 可知 故选C。 题型6相对论质量（共2小题） 17． 【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。 18． 【答案】C 【详解】由爱因斯坦的质能方程 在相对论中物体的动能 故选C。 题型7广义相对论（共4小题） 19． 【答案】A 【详解】引力波是爱因斯坦在广义相对论中预言的，即任何物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动，可以把它相像成水面上物体运动时产生的水波。2016年，美国激光干涉引力波天文台宣布，探测到了来自13亿光年之外一个两个黑洞碰撞合并所发出的引力波，这是人类第一次直接探测到的引力波信号。基本证实了广义相对论。 故选A。 20． 【答案】D 【详解】A．引力波探测难度很大，不容易被探测到，选项A错误； B．引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱，所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播，选项B错误； C．任何物体加速运动都会产生引力波，只有质量非常大的天体加速运动，才会产生较容易探测的引力波，选项C错误； D．引力波的发现为爱因斯坦的广义相对论提供了证据，选项D正确。 故选D。 21． 【答案】A 【详解】A．许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷，故A正确； B．有的强子带电，有的强子不带电，故B错误； C．目前发现的轻子只有6种，故C错误； D．质子和中子属于强子，光子属于规范玻色子，故D错误。 故选A。 22． 【答案】D 【详解】A．卡文迪许用扭秤测出万有引力常量，被称为“第一个能称出地球质量的人”，故A正确，不符合题意； B．人们发现天王星的实际轨道与理论轨道存在偏差，然后运用万有引力定律计算出“新”星的轨道，从而发现了海王星，故B正确，不符合题意； C．开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，总结出了行星运动的三大定律，故C正确，不符合题意； D．根据光速不变原理可知，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度是相同的；所以地面上的观察者看来这束光的速度是，故D错误，符合题意。 故选D。 题型8宇宙起源和恒星演化（共8小题） 23． 【答案】C 【详解】A．恒星的寿命取决于质量而非形状，质量越大寿命越短，故A错误； B．质量大的恒星核反应剧烈，燃料消耗更快，寿命更短，故B错误； C．老年恒星核心收缩、外层膨胀形成红巨星或超巨星，符合恒星演化规律，故C正确； D．巨星和超巨星爆炸形成的是超新星，而非“超大巨星”，故D错误。 故选C。 24． 【答案】C 【详解】A．绝大多数恒星有着和太阳相同的化学成分，故A错误； B．恒星燃料耗尽后其核心不再释放能量，核心开始收缩，而外部开始膨胀，于是恒星就变成了一颗红色的巨星或超巨星，故B错误； C．恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们由气体、尘埃等物质聚集而成，通过核反应产生能量并持续辐射出来，故C正确； D．神秘天体—黑洞一般由大质量恒星演化形成，故D错误。 故选C。 25． 【答案】B 【详解】太阳只是宇宙中一颗普通的恒星，寿命可达100亿年，太阳进入暮年后，会把所有的燃料都耗尽，成为一颗白矮星，最终化为另一种天体存在于宇宙中。 故选B。 26． 【答案】B 【详解】ABC．恒星质量越大，内部压力越大，核反应越快，质量亏损越快，寿命越短，故恒星的质量越小，寿命就越长。故AC错误，B正确； D．恒星的寿命与构成恒星的物质、温度、亮度无关 ，故D错误。 故选B。 27． 【答案】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。 28． 【答案】D 【详解】AB．红光的波长比蓝光的波长长，红光的频率比蓝光的波长低，根据 可知红光的光子能量比蓝光的光子能量小，故AB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，故D正确，C错误。 故选D。 29． 【答案】B 【详解】A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度不是极小的，故A错误； B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星，故B正确； C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云的组成部分，而后这些星云会收缩成为一颗新的恒星，故C错误； D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，恒星就形成了，故D错误。 故选B。 30． 【答案】C 【详解】AB．牛顿认为宇宙空间是无限的，时间也是无限的，故AB错误； CD．大爆炸宇宙学认为大爆炸是时间、空间，以及宇宙中所有物质等构架的开端，故C正确，D错误。 故选C。 9 / 9zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04牛顿力学的局限性与相对论初步 题型1 牛顿力学的成就与局限性 题型2狭义相对论的两个基本假设（常考点） 题型3长度收缩效应 题型4时间延缓效应 题型5相对论速度变换公式（常考点） 题型6相对论质量（常考点） 题型7广义相对论（难点） 题型8宇宙起源和恒星演化（常考点） 题型1牛顿力学的成就与局限性（共4小题） 1．（2026高二上·广东·学业考试）下列物体的运动，不能用牛顿力学规律描述的是（　　） A．飞机起飞 B．火车进站 C．粒子以接近光速运动 2．（2024高二上·河南信阳·学业考试）对于下列物体的运动，经典力学不适用的是（　　） A．复兴号列车在高速行驶 B．辽宁号航母在大海上航行 C．国产大飞机C919在空中飞行 D．微观粒子以0.7倍的光速运动 3．（25-26高一上·江苏苏州·期中）下列说法中正确的是（　　） A．牛顿首先把实验和逻辑推理结合起来，开创了一套新的科学研究方法 B．平均速度、瞬时速度、加速度的概念是由伽利略首先提出来的 C．胡克首先发现了弹簧的弹力和形变量成反比 D．以加速运动的物体为参考系，牛顿第一定律依然成立 4．（25-26高三上·江苏无锡·阶段练习）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0.7c的飞船上观察地面上的物体长度为L，则物体的实际长度比L长 题型2狭义相对论的两个基本假设（共4小题） 5．（24-25高一下·河南·月考）关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．相对论时空观认为在某参考系中同时发生的两件事，在另一参考系看来也一定是同时的 B．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变 C．相对论时空观认为运动的时钟会变快，运动的尺子会变长 D．相对论和量子力学证明了牛顿力学是错误和过时的 6．（22-23高一下·四川绵阳·期末）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 7．（2023高二上·江苏·学业考试）物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。下列说法正确的是（　　） A．牛顿创立了“日心说” B．哥白尼创立了“相对论” C．开普勒发现了行星运动定律 D．伽利略发现了万有引力定律 8．（24-25高二上·上海·开学考试）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0.3c的速度匀速飞过（c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 题型3长度收缩效应（共2小题） 9．（25-26高三上·黑龙江吉林·月考）关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．相对论和量子力学证明牛顿力学是错误和过时的 B．牛顿力学认为物体的质量会随运动速度增大而增大 C．相对论时空观认为运动的尺子在其前进方向上会变长 D．相对论时空观认为运动的时钟在外界观测者看来会变慢 10．（24-25高一下·山西·月考）2025年4月10日，北京天文馆举办特别线下课，主题为“广义相对论下的光线偏折”。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法正确的是（    ） A．相对论时空观认为，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度长 B．相对论时空观认为，运动的钟比静止的钟走得快，且运动速度越大，钟走的越快 C．经典力学能很好地描述微观粒子的运动规律，研究地球绕太阳公转时就不适用了 D．经典时空观认为，时间间隔、空间距离以及物体的质量都是绝对不变的 题型4时间延缓效应（共2小题） 11．（24-25高一下·江苏扬州·期末）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0.5c 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 12．（2025高二上·广东·学业考试）如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC。对于地面上的观察者来说，则走得最慢是（　　） A．时钟A B．时钟B C．时钟C 题型5相对论速度变换公式（共4小题） 13．（24-25高一下·江苏常州·期末）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． 14．（21-22高一下·全国·单元测试）一粒子以0.05c的速率相对实验室运动，此粒子发射出一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的速度方向与粒子运动方向相同，则电子相对于实验室的速度为（　　） A．0.402c B．0.505c C．0.627c D．0.817c 15．（11-12高二·全国·课后作业）在以接近光速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与的关系是（　　） A． B． C． D．以上均不正确 16．（22-23高三·河南郑州·期中）静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时该粒子物质波的波长λ与速度v的关系为（　　） A． B． C． D． 题型6相对论质量（共2小题） 17．（2025·上海·一模）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． 18．（22-23高一下·全国·单元测试）当物体以很大速度运动时，它的质量与静止质量m0的关系是，此时它的动能应该是（　　） A． B． C．mc2－m0c2 D．以上说法都不对 题型7广义相对论（共4小题） 19．（23-24高一下·上海黄浦·期末）2016年，美国激光干涉引力波天文台宣布，探测到了来自13亿光年之外一个两个黑洞碰撞合并所发出的引力波，这是人类第一次直接探测到的引力波信号。基本证实了一下哪种理论的正确性（　　） A．广义相对论 B．万有引力定律 C．量子理论 D．光子说 20．（23-24高一下·上海·期中）2016年2月11日，美国的研究人员宣布探测到引力波．引力波是爱因斯坦广义相对论中的一个重要预言，爱因斯坦认为，任何物体加速运动都会给时空带来扰动，这种扰动向外传播形成引力波，引力波的探测难度很大，因为只有质量非常大的天体加速运动时，才会产生较容易探测的引力波，由于引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱，所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播，根据以上信息，下列说法正确的是（　　） A．引力波极容易被探测到 B．引力波在宇宙中传播时会迅速衰减 C．只有质量非常大的天体加速运动，才能产生引为波 D．引力波的发现为爱因斯坦的广义相对论提供了证据 21．（22-23高二下·全国·课前预习）关于粒子，下列说法正确的是（　　） A．质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷 B．强子都是带电的粒子 C．目前发现的轻子只有8种 D．光子属于轻子 22．（22-23高一下·福建福州·期末）下列与物理相关的叙述错误的是（    ） A．卡文迪许采用“微小量放大法”测出万有引力常量，被称为“第一个能称出地球质量的人” B．海王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的 C．开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，总结出了行星运动的三大定律 D．在前进速度为的列车上向后发射一束光，在地面上的观察者看来这束光的速度是 题型8宇宙起源和恒星演化（共8小题） 23．（24-25高一下·上海·期末）有关恒星，下列说法中正确的是（　　） A．一颗恒星的寿命取决于它的形状 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大巨星 24．（24-25高二上·上海·开学考试）关于恒星的说法正确的是（　　） A．极少数恒星有着和太阳相同的化学成分 B．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星刚刚诞生 C．恒星起源于宇宙中的气体、尘埃等物质 D．神秘天体—黑洞一般由小质量恒星演化形成 25．（23-24高一下·上海黄浦·期末）太阳的寿命估计为100亿年，目前已度过了约50亿年，当太阳耗尽核燃料后，最终将会演化变成（　　） A．主序星 B．白矮星 C．中子星 D．红巨星 26．（22-23高二下·上海黄浦·期末）有关恒星的寿命下列说法中正确的是（　　　） A．恒星的质量越大，它的寿命越长 B．恒星的质量越小，它的寿命越长 C．恒星的寿命与质量无关 D．恒星的寿命与构成恒星的物质、温度、亮度有关 27．（23-24高一下·上海闵行·期末）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 28．（23-24高三上·山东烟台·期末）晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”、“蓝星”以及它们发出的光，下列说法中正确的是（　　） A．红光的波长比蓝光的波长短 B．红光的光子能量比蓝光的光子能量大 C．“红星”的表面温度比“蓝星”的表面温度高 D．“蓝星”的表面温度比“红星”的表面温度高 29．（22-23高一下·上海奉贤·期末）按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（　　） A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星 B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 30．（21-22高一下·上海浦东新·期末）关于宇宙的起源与演化，下列说法正确的是（　　） A．牛顿认为宇宙空间是无限的，时间是有限的 B．牛顿认为宇宙空间是有限的，时间是无限的 C．大爆炸宇宙学认为时间是有开端的 D．大爆炸宇宙学认为空间是没有开端的 7 / 7zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $