第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元能力提升综合检测训练（B卷）-2025-2026学年高一下学期物理粤教版必修第二册

第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元能力提升综合检测训练（B卷） 一、单选题 1．经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（　　） A． B． C． D． 2．关于物理学相关知识，下列叙述中正确的是（　　） A．“牛顿”可以是国际单位制中的基本单位 B．小船渡河时因水流速度忽然增大而缩短了渡河的时间 C．狭义相对论以两个基本假设为前提：相对性原理和光速不变原理 D．通过万有引力定律计算可知，只要适当调整高度，惠来上空也可能存在静止卫星 3．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 4．下列说法中正确的是（  ） A．牛顿借助前人的研究成果总结出了行星运动三大定律 B．卡文迪许通过扭秤实验证明了万有引力的正确性并测出了引力常量的值 C．开普勒借助自己的力学成就并对前人的研究成果分析，总结出了万有引力定律 D．经典力学适用于宏观、高速、强引力的领域 5．明明根据课堂上所学的知识做了一些笔记，其中正确的是（    ） A．牛顿巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室比较准确地测出了引力常量G的值 B．太阳系中的所有行星绕太阳运转的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相同 C．选择不同的参考系，光的传播速度不同 D．相对论时空观认为：物理过程的快慢跟物体的运动状态有关。这和牛顿力学的观点是一致的 6．一颗恒星的寿命取决于它的（　　） A．体积 B．质量 C．亮度 D．温度 7．下列说法正确的是（　　） A．经典力学取得了巨大的成就，但在描述静止卫星的运动时不适用 B．经典力学可以很好地解释电子、质子和中子等微观粒子的运动规律 C．由哈勃的发现可知，我们所处的宇宙正在膨胀 D．所有的恒星最终都会变成更为神奇的天体——黑洞 8．一枚静止时长30m的火箭以1.5×108m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108m/s，观察者测得火箭的长度约为（　　） A．30m B．15m C．34m D．26m 9．恒星的寿命取决于它的（　　） A．质量 B．体积 C．温度 D．亮度 10．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（　　） A．经典力学适用于微观高速运动的物体 B．尽管经典力学有局限性，可是生活中一般力学问题都用经典力学来解决 C．天宫二号速度很大，有关速度问题不能用经典力学来处理 D．经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体 二、多选题 11．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 12．1905年到1915年间，爱因斯坦先后发表的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由牛顿创立的有200年历史的力学理论。狭义相对论适用于基本粒子及其相互作用，描述了除引力以外的所有物理现象。广义相对论解释了引力定律及其与其他自然力的关系，适用于宇宙学和天体物理学领域，包括天文学。下列有关相对论的内容，说法不正确的是（　　） A．狭义相对论的两条基本假设是相对性原理与光速不变原理 B．飞船以的速度航行，若飞船向正前方的某一星球发射激光，则该星球上的观察者测量到的激光速度为 C．牛顿力学是相对论在宏观、低速（与光速相比）情况下的特例 D．已知子低速运动时的平均寿命时。当它以的速度飞行，若以子为参考系，此时子的平均寿命变长 13．一艘大船在平静的大洋中匀速行驶，一个人在其密闭的船舱内向各个不同的方向做立定跳远实验，并想由此来判断船航行的方向，假设他每次做的功相同，下列说法不正确的是（　　） A．如果向东跳得最远，则船向东行驶 B．如果向东跳得最近，则船向东行驶 C．他向各个方向跳的最大距离相同，但不能由此判断船行方向 D．他向各个方向跳的最大距离不同，但不能由此判断船行方向 14．下面说法正确的是(  ) A．在以c竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大 B．在以c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小 C．在以c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为c D．在以c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c 三、填空题 15．牛顿力学的适用范围是______（填“高速”或“低速”）运动的______（填“宏观”或“微观”）物体。 16．质量m = 1.67 × 10 - 27kg的质子在高能粒子加速器中被加速到动能Ek = 1.60 × 10 - 10J。某同学根据推算出该质子速度大小v = 4.38 × 108m/s（计算无误），计算的结果是____________（选填“合理”“不合理”），理由___________。 17．来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线，μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，按常理，μ子不可能穿过高度大于100 km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子。则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命___________（选填“大于”“等于”或“小于”）3.0 μs。如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度___________（选填“大于”“等于”或“小于”） 100 km；如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速___________（选填“大于”“等于”或“小于”）c。 18．如图所示，一列火车相对地面运动，地面上的人测得光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁。按照火车上的人测量，闪光先到火车的____（填“前壁”或“后壁” ）。 四、解答题 19．我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？ 20．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） 21．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问： (1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动； (2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。 22．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。（已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.001 5 u，电子质量为me＝0.000 55 u） (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 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 《第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 单元能力提升综合检测训练（B卷）》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C B B B B C D A B 题号 11 12 13 14 答案 BCD BD ABD CD 1．D 【详解】经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，对微观、高速（接近光速）运动的物体不再适用，故ABC错误，D正确。 故选D。 2．C 【详解】A．牛顿是导出单位，故选项A错误； B．将小船渡河的运动分解为沿河岸的运动和垂直河岸的运动，根据运动的独立性和等时性可知水流速度忽然增大不影响垂直河岸的运动，则渡河的时间不变，故选项B错误； C．爱因斯坦的狭义相对论以两个基本假设为前提：相对性原理和光速不变原理，故选项C正确； D．地球静止卫星的周期为24h，则高度一定为36000km，转动方向为自西向东，则其定点在赤道上方，故惠来上空不可能存在静止卫星，故选项D错误； 故选C。 3．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。 4．B 【详解】A．开普勒发现了行星运动三大定律，A错误； B．卡文迪许通过扭秤实验证明了万有引力的正确性并测出了引力常量的值，B正确； C．牛顿助自己的力学成就并对前人的研究成果分析，总结出了万有引力定律，C错误； D．经典力学适用于宏观，低速，弱引力领域，D错误。 故选B。 5．B 【详解】A．牛顿发现了万有引力定律，但没有给出引力常量G的值；1798年，卡文迪什利用扭秤，第一次在实验室比较准确地测出了引力常量G的值，故A错误； B．由开普勒第三定律可知：所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相同，用公式表达为，其中k是一个对绕同一恒星运转的行星都相同的常量，故B正确； C．在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的，故C错误； D．相对论时空观认为物体的长度和物理过程的快慢都跟物体的运动状态有关，这和牛顿力学的观点是不同的，故D错误。 故选B。 6．B 【详解】恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星内部的核反应就更加剧烈。所以B正确；ACD错误； 故选B。 7．C 【详解】AB．经典力学取得了巨大的成就，适用于宏观、低速的物体，故在描述静止卫星的运动时适用，不能很好地解释电子、质子和中子等微观粒子的运动规律，AB错误； C．由哈勃的发现可知，我们所处的宇宙正在膨胀，C正确； D．并不是所有的恒星最终都会变成更为神奇的天体——黑洞，变成黑洞的恒星的质量要足够大才行，D错误。 故选C。 8．D 【详解】根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，根据长度的相对性 代入解得观察者测得火箭的长度 故ABC错误，D正确。 故选D。 9．A 【详解】恒星的寿命取决于它的质量，质量越大，其内部的压力越大，内部核反应越剧烈，恒星的寿命越短。 故选A。 10．B 【详解】经典力学适用范围是宏观低速的物体，对于微观高速不适用，高速指速度接近光速，所以对于一般的力学问题、火车速度问题，经典力学是适用的，故选B。 11．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。 12．BD 【详解】A．狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理，A正确； B．根据狭义相对论的假设，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在任何地方的光速都是c，B错误； C．牛顿力学是相对论在宏观、低速（与光速相比）情况下的特例，C正确； D．当子以的速度飞行，若以子为参考系，此时子的平均寿命不变，但对于地面上的观察者来说，平均寿命变长，D错误； 故选BD。 13．ABD 【详解】在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动，匀速行驶的大船是一惯性系。 故选ABD。 14．CD 【详解】由狭义相对论可知：真空中的光速在不同的惯性参考系中的速度都是c，与光源、观察者间的相对运动无关， CD正确，AB错误。 故选CD。 15． 低速 宏观 【详解】[1][2]牛顿力学的局限性是只适用低速运动的宏观物体。 16． 不合理 见解析 【详解】[1][2]根据相对论运动物体的质量 m = 其中m0是物体的静止质量，动能的计算公式仅适用于低速物体，对于高速运动物体已经不再适用，由该同学的计算可知，求出的质子速度大于光速，动能的计算公式已经不再适用，因此该同学得出的数值不合理。 17． 大于 小于 等于 【详解】[1]μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。 [2]根据长度收缩效应得，如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度小于100 km。 [3]根据光速不变原理得，如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c。 18．前壁 【详解】地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以光源与火车的前壁距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源与火车的前壁的距离小，闪光先到达前壁。 19．见解析 【详解】根据长度收缩效应表达式 因为我们生活在低速世界中，v远小于c，l′近似等于l，故此现象不明显。 20．(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 21．(1)0.946c　(2)4.0s 【详解】这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v=0.60c，彗星相对S系的速率ux=0.80c， （1）由速度变换可得所求结果 即彗星以0.946c的速率向飞船靠近； （2）由时间间隔的相对性有 解得 Δτ=4.0s 22．(1)；(2)24.78 MeV；(3)4.22×109 kg 【详解】(1)由题意可得核反应方程应为 (2)反应前的质量 m1＝4mH＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u 反应后的质量 m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u Δm＝m1－m2＝0.026 6 u 由质能方程得，释放能量 ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV (3)由质能方程ΔE＝Δmc2得太阳每秒减少的质量 Δm＝≈4.22×109 kg 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 $