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7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、单选题
1．美国科学家于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．牛顿力学完全适用于宏观低速运动
B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论
D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
2．下列运动中，牛顿力学的规律不适用的是
（　　）
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
3．以下哪项属于爱因斯坦对相对论提出的基本假设（　　）
A．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小
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系都是不相同的
D．相对论认为时间和空间与物体的运动状态有关
4．下列关于弱引力与强引力的论述中，正确的是（　　）
A．遵从万有引力定律的引力常称为强引力
B．遵从爱因斯坦引力理论的引力常称为弱引力
C．中子星表面的引力比常见的引力强得多，牛顿的引力理论已经不使用了
D．密度越大的天体表面的引力越弱
5．关于物体的质量，下列说法不正确的是（　　）
A．在经典力学中，物体的质量是保持不变的
B．在经典力学中，物体的质量随物体的速度的变化而变化
C．在狭义相对论中，物体静止时的质量最小
D．在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
6．继哥白尼提出”太阳中心说”，开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律。爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论。这说明（　　）
A．世界无限大，人不可能认识世界
B．人的意识具有能动性，能够随意地对客观世界说三道四
C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
D．每一个认识都可能被后人推翻，人都不可能获得正确的认识
7．惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是(
)
A．
B．
C．
D．
8．与相对论有关的问题，下列说法正确的是（　　）
A．火箭内有一时钟，当火箭高速运动后，此火箭内观察者发现时钟变慢了
B．一根杆的长度静止时为，不管杆如何运动，杆的长度均小于
C．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，则与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
D．相对论只适用于高速运动（速度接近真空中的光速的运动），不适用于低速运动
二、多选题
9．来自中国的全国首颗量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光，射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站，首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发。下列说法正确的是（　　）
A．牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律
B．牛顿力学适用于描述光子的运动规律
C．量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律
D．量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值
10．用相对论的观点判断，下列说法正确的是（　　）
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度不会改变
B．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C．在地面上的人看来，以10km/s的速度向上运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D．当物体运动的速度时，时间变化和长度变化效果可忽略不计
三、填空题
11．根据爱因斯坦的狭义相对论，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即。请讨论：
（1）如果使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？简答：_______。
（2）光有静止质量吗？简答：______________________________。
12．如图所示，宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以0.9c(c为真空中的光速)远离地球，地球上的人看到宇宙飞船宽度________(选填“大于”“等于”或“小于”)l.飞船和地面上各有一只铯原子钟，地球上的人观察到________(选填“飞船上钟较快”“地面上钟较快”或“两只钟一样快”)．
四、解答题
13．一枚静止时长30m的火箭以3的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的一半呢？
14．一列火车以速度v相对地面运动（图）。如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？
15．查阅资料，比较爱因斯坦的狭义相对性原理与经典力学的相对性原理有什么不同。
试卷第2页，总2页
试卷第1页，总3页
参考答案
1．A
【详解】
A．牛顿力学适用于低速运动的宏观物体，故
A正确；
B．牛顿力学取得了巨大的成就，但它具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；
CD．在微观高速领域，要用量子力学和相对论理论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，不会失去价值，故C、D错误。
故选A。
2．D
【详解】
牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的物体。子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行，这些都是宏观物体的低速运动，牛顿力学均适用；而粒子接近光速的运动属于微观粒子的高速运动，牛顿力学不再适用。
故选D。
3．B
【详解】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，其他内容均建立在这两条基本假设基础之上。
故选B。
4．C
【详解】
AB．牛顿建立的经典力学只适用于弱引力，遵从万有引力的为弱引力，遵从爱因斯坦引力理论的引力为强引力，故A、B错误；
CD．密度越大的天体表面引力越强，中子星密度非常大，其表面的引力比常见的引力强得多，为强引力，牛顿的引力理论已经不能正确解决了，故C正确，D错误。
故选C。
5．B
【详解】
AB．在经典力学中，物体的质量是保持不变的，故A正确，B错误；
C．在狭义相对论中，由于物体的速度v不可能达到光速c，所以v1－（）2<1
根据
m=
可知CD正确。
本题选不正确的，故选B。
6．C
【详解】
人类对客观规律的认识是长期的，曲折的，甚至是错误的。但人的意识具有能动性，通过不断的实践、概括，最终能够正确地反映客观世界。人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
故选C。
7．C
【详解】
由相对论知识
l＝l0
得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变。
故选C。
8．C
【详解】
A．当火箭高速运动后，此火箭内观察者相对于时钟的速度仍然是0，所以发现时钟的快慢不变。故A错误；
B．一根杆的长度静止时为l0，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化。故B错误；
C．根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了。故C正确。
D．相对论不仅适用于宏观、低速运动的问题，也适用于微观、高速运动的问题，选项D错误。
故选C。
9．AC
【详解】
A．牛顿力学可以用来描述物体的宏观低速运动，故牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律，A正确；
B．对于运动速度接近光速的物体的运动，不适合用牛顿力学来描述，故B错误；
C．量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律，因为红光运动速度为光速，所以需考虑相对论效应，使用量子力学描述，故C正确；
D．量子力学和牛顿力学适用范围不同，量子力学适用于高速运动，在宏观低速运动中，牛顿力学仍然适用，不能说牛顿力学已经失去了实用价值，故D错误。
故选AC。
10．BCD
【详解】
A．按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；
B．由
可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对宇航员静止，时钟准确，B正确；
C．由
可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确；
D．当
v?c
时，时间变化和长度变化效果可忽略不计，D正确。
故选BCD。
11．一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速
光没有静止质量
【详解】
(1)[1]．由知，当时，应是无穷大，因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速；
(2)[2]．光没有静止质量。若光有静止质量，由知光在传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上，这是不符合实际的。
12．等于
地面上钟较快
【详解】
[1][2]．根据爱因斯坦相对论的第二个基本假设，真空中光速不变原理，所以地球上的人看到宇宙飞船宽度等于l
，根据爱因斯坦相对论可知，地面上的人观察到的地面上钟较快．
13．30m，30m，26m，30m
【详解】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，若v=3km/s?c，地面上的观察者测得火箭的长度
所以地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同，若火箭以0.5c的速度飞行，根据长度的相对性有
地面上的观察者测得火箭的长度为
14．闪光先到达前壁，原因见解析
【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，所以点光源的到火车的前面的距离小；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，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁。
15．见详解
【详解】
经典力学相对性原理只适用于描述机械运动的力学规律，采用的是各惯性系不变的绝对时空观，本质上只适用于低速力学现象；
狭义相对论的原理适用于包括力学规律和电磁学规律的一切物理现象，采用的是各惯性系不同的相对时空观，推导出的是相对论变化，本质上既适用于低速力学现象也适用于告诉现象。
答案第2页，总5页
答案第3页，总5页

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