7.5、相对论时空观与牛顿力学的局限性 一、选择题（共 17 题） 1．在物理学发展历史中，许多物理学家做出了卓越贡献．以下关于物理学家所作科学贡献的叙述中，正 确的是（　　） A．牛顿建立了相对论 B．伽利略提出了“日心说” C．卡文迪许首次比较精确地测出引力常量 D．牛顿发现了行星运动三定律 2．下列说法正确的是（　　） A．可以利用紫外线的热效应对物体进行烘干 B．根据麦克斯韦的电磁理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波 C．光的偏振现象证明了光是一种纵波 D．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了 3．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 4．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的革命和创新，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．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的衍射现象 B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，并通过实验加以证实 C．机械波和电磁波在介质中传播速度大小均只与介质有关． D．根据狭义相对论的原理可知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的 5．经典力学不适用下列哪些运动（　　） A．火箭的发射 B．微观粒子的波动性 C．宇宙飞船绕地球的运动 D．“勇气号宇宙探测器” 6．有些情况下，经典力学的结论会与事实有很大的偏差，以至于不再适用。在研究以下问题时，会出现 经典力学局限性的是（ ） A．列车的加速运动 B．铅球的平抛运动 C．苹果的自由落体运动 D．微观粒子的高速运动 7．下列关于牛顿经典力学和爱因斯坦相对论中说法正确的是（　　） A．不论宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都适用 B．爱因斯坦相对论无论是宏观低速还是微观高速运动的物体都适用 C．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论是不一致的 D．随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论 8．以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是(　 ) A．低速宏观弱引力下的运动问题 B．高速微观弱引力下的运动问题 C．低速微观强引力下的运动问题 D．高速宏观强引力下的运动问题 9．研究下列物体的运动，不适合使用经典力学描述的是（ ） A．行驶的自行车 B．接近光速运动的粒子 C．投出的篮球 D．飞驰的汽车 10．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 l0 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 l0 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 11．按照相对论的观点，下列说法正确的是（ ） A．物体运动时的质量总是小于其静止时的质量 B．物体运动时的质量总是等于其静止时的质量 C．真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的 D．真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的 12．下列说法中错误的是（　　） A．雷达是利用电磁波的反射来测定物体的位置 B．调制是电磁波发射的过程，调谐是电磁波接收的过程 C．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则相邻干涉条纹间距变窄 D．考虑相对论效应，一沿自身长度方向高速运动的杆长总比静止时的杆长短 13．下列对经典力学的说法中，不正确的是（　　） A．牛顿建立了经典力学的理论体系 B．用经典力学能够解释高速列车的运动规律 C．用经典力学不能解释微观高速粒子的某些现象 D．相对论和量子理论完全否定了经典力学 14．在物理学的发展中，有许多科学家做出了重大贡献，下列说法中错误的是（　　） A．牛顿建立了速度、加速度等概念，并建立了牛顿三大定律 B．爱因斯坦建立了广义相对论，并预言了引力波的存在 C．伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理 学的真正开端 D．伽利略通过逻辑推理论证了重物体不会比轻物体下落得快 15．下列说法正确的是( ) A．摆钟偏快时可缩短摆长进行校准 B．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高 C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 D．地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些 E．光从水中射入玻璃中，发现光线偏向法线，则光在玻璃中传播速度一定小于在水中的传播速度 16．下列说法正确的是(　　) A．根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变矮 B．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化 C．LC 振动电路中，电容器的放电过程，电场能逐渐转化为磁场能 D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射 17．下列说法中正确的有 ． A．2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分，四川汶川县发生 8.0 级强烈地震，造成重大人员财产损失，地震波是机 械波，地震波中既有横波也有纵波 B．太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光，这是利用了光的衍射原理 C．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的 D．医院里用于检测的“彩超”的原理是：向病人体内发射超声波，经血液反射后被接收，测出反射波的频率 变化，就可知血液的流速．这一技术应用了多普勒效应 二、填空题 18．牛顿运动定律的适用范围是___、___________的物体． 19．经典力学认为时间是_____________，质量是____________，空间是_____________；经典力学深入到 高速领域将被_____________所代替，深入到微观领域将被_______所代替。 20．牛顿、爱因斯坦对物理学的发展做出了卓越贡献，根据你对牛顿、爱因斯坦的了解，请完成下表： 牛顿 爱因斯坦 主要贡献 1 ________ ________ 主要贡献 2 ________ ________ 21．如图所示，一架宇航飞机在太空中高速飞行返回地球，并保持与地球上观测站 R 的正常联系，设宇航 员每隔 t0 时间与地球联系一次，发送频率为 f0 的电磁波，在地球上观测者看来，宇航员连续两次发送联系 信号的时间间隔 t___t0(选填“等于”或“不等于”)；地面观测站接收到该电磁波频率 f ____f0（选填“大于”、“等 于”或“小于”）。 三、综合题 22．一枚静止时长 30m 的火箭以 3 km/s 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？ 23．狭义相对论的两个前提为什么叫作假设?两个基本假设又是如何经过实践检验的?参考答案： 1．C 【详解】 爱因斯坦建立了相对论，故 A 错误；哥白尼提出了“日心说”，故 B 错误；卡文迪许首次比较精确地测出引 力常量，故 C 正确；开普勒发现了行星运动三定律，故 D 错误；故选 C． 2．D 【详解】 红外线的热效应显著，可以利用红外线的热效应对物体进行烘干，故 A 错误；根据麦克斯韦的电磁理论， 变化的电场周围一定可以产生磁场，但如果是均匀变化的电场会产生恒定的磁场，不会形成电磁波，故 B 错误；光的偏振现象证明了光是一种横波，即电磁振动矢量与传播方向垂直，故 C 错误；火车以接近光速 行驶时，根据爱因斯坦相对论的尺缩效应，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了，故 D 正确；故选 D． 3．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。 4．D 【详解】 试题分析：A．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的干涉现象，A 错 B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验加以证实，B 错 C．机械波在介质中传播速度大小只与介质有关，C 错 D．根据狭义相对论的原理可知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的，D 正确 5．B 【详解】 火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、“勇气号”宇宙探测器的运动都属低速，经典力学能适用．对于微观 的情形经典力学不适用，故 B 正确，ACD 错误． 6．D 【详解】 经典力学只适用于宏观低速物体的运动，而不适用于微观高速粒子的运动，则研究微观粒子的高速运动时 会出现经典力学局限性。 故选 D。 7．B 【详解】 AB．经典力学只适用宏观世界，低速运动。相对论在任何情况都适用，故 A 错误，B 正确； C．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论是一致的，故 C 错误； D．经典力学有其自身的局限性和适用范围，但对于低速宏观物体的运动，经典力学仍然适用，并仍将在 它适用范围内大放异彩，故 D 错误。 故选 B。 8．A 【详解】 经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学只适用于宏观世界，低速运动，和弱引力下，故 A 正确，BCD 错误． 9．B 【详解】 解：A.C.D、行驶的自行车、投出的篮球以及飞驰的汽车 的运行都属低速，经典力学能适用．故 ACD 不 符合题意．故 ACD 错误； B、粒子接近光速运动，属于高速，而微观粒子的能量，则是微观粒子，所以经典力学就不在适用，故 B 正确． 10．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。 11．D 【详解】 AB．由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，故 AB 错 误； CD．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，故 C 错误，D 正确。 故选 D。 12．C 【详解】 A．雷达是利用电磁波的反射来测定物体位置的，故 A 正确； B．调谐是电磁波接受的过程，调制是电磁