相对论时空观与牛顿力学的局限性练习题(含答案)

第七章万有引力与宇宙航行第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性1．1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（）A．同时的绝对性与同时的相对性B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D．相对性原理与光速不变原理【答案】D【解析】爱因斯坦提出的狭义相对论两条基本假设是：相对性原理与光速不变原理，其他内容均建立在这两点的基础之上；故选D。

2．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（）A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高【答案】D【解析】由l＝l22 1uc直运动方向的长度，即身高不变，故D选项正确。

3．以下说法正确的是A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子B．相对论与量子力学否定了经典力学理论C．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变D．经典力学理论具有一定的局限性【答案】D【解析】A．经典力学理论适应于宏观物体，不适应微观粒子，选项A错误；B．相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故B错误。

C．在相对论中，物体的质量随运动状态而改变，在经典力学中，物体的质量与运动状态无关，故C错误。

D．经典力学理论具有一定的局限性，对高速微观粒子不适用，选项D正确。

4．对相对论的基本认识，下列说法正确的是A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了【答案】A【解析】A．相对论认为：真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，故A正确．B．由2=可知，质量与能量相互联系，但质量与能量是两个不同的物理量，不能说质量就是能E mc量，能量就是质量，故B错误；C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上慢．故C错误；D．我们发现竖直向上高速运动的球，水平方向上没有变化，竖直方向变短了，故D错误；故选A．5．以下关于相对论的说法，正确的是A．观察者与光源相向运动时，观测到的光速大于8⨯m/s310B．在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸都相同C．对于同一个物理过程经历的时间，在任何惯性系中观测结果都相同D．当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关【答案】D【解析】根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，故A错误；在不同的惯性系中测量同一物体的长度，测量值是不同的，故B错误；对于同一个物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测结果是不相同的，选项C错误；当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关，选项D正确；故选D。

6．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是（）A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快D．因为是两只对准的标准钟，所以两钟走时快慢相同【答案】C【解析】根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应；故地面上的人看到飞船上的鈡变慢了，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，C正确．7．如图所示，一根10 m长的梭镖以相对论速度穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的，以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况（）A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D．所有这些都与观察者的运动情况有关【答案】D【解析】如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全处在管子内部．然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子．假如你在梭镖和管子之间运动，运动的速度是在梭镖运动的方向上，而大小是其一半，那么梭镖和管子都相对于你运动，且速度的大小一样；你看到这两样东西都缩短了，且缩短的量相同，所以你看到的一切都是相对的，依赖于你的参考系．A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它，与结论不相符，A错误；B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来，与结论不相符，B错误；C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖，与结论不相符，C错误；D．所有这些都与观察者的运动情况有关，与结论相符，D正确。

故选D。

8．物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程．在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的说法是（）A．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量GB．牛顿通过计算首先发现了海王星和冥王星C．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学否定了经典物理学D．开普勒经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点【答案】A【解析】A、牛顿根据开普勒三定律和牛顿运动定律并结合向心力公式推导出了万有引力定律，100多年后，英国的卡文迪许通过测量几个铅球之间的引力，成功地测量出了万有引力常量，故A正确；B、天王星发现后，人们开始研究它的运行轨道．人们发现它的实际运行轨道与根据太阳引力计算出的轨道有偏离，于是推测在天王星外还有一颗行星，它产生的引力使天王星的轨道发生了偏离．英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒威耶根据万有引力定律计算出了这颗尚未发现的行星的轨道．1846年9月18日，德国天文学家伽勒对准勒威计算出的位置，真的看到了一颗蓝色的星星﹣﹣它就是人们所称的“笔尖上发现的行星”，故B错误；C、爱因斯坦建立了相对论，成功地解释了物体高速运动（接进光速）的规律，但并没有否定经典力学，只有当物体的速度接进光速时，才需要考虑相对论效应，故C错误；D、哥白尼提出了“日心说”的观点，开普勒发现了行星运动的三大规律，即开普勒三定律，故D错误；故选A．9．下列说法中正确的是A．伽利略整理第谷的观测数据，发现了行星运动的三条定律B．牛顿发现了万有引力定律，并首次在实验室测出了引力常量C．“月—地检验”表明，地面物体所受地球的引力与太阳、行星间的引力是同一种力D．经典力学仍然适用于接近光速运动的物体【答案】C【解析】A．开普勒整理第谷的观测数据，发现了行星运动的三条定律，选项A错误；B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许首次在实验室测出了引力常量，选项B错误；C．“月—地检验”表明，地面物体所受地球的引力与太阳、行星间的引力是同一种力，选项C正确；D．经典力学适应于宏观低速物体，不适用于接近光速运动的物体，选项D错误。

10．如图所示，惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速的匀速飞行器上测得该正方形的图像是（）A．B．C ．D ．【答案】C【解析】正方形从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上运动，根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，而沿y轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方形。

故选项C 正确。

11．用相对论的观点判断下列说法是否正确（）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总不会改变B．在地面上的人看来，以3km/s的速度升空的火箭中的时钟会变快，但是火箭中的宇航员却看到时钟可能是准确的C．在地面上的人看来，以3km/s的速度升空的火箭在运动方向上会变短，而火箭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v c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计【答案】CD【解析】A．经典力学理论的观点认为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总不会改变；而相对论的观点认为时间和空间都是相对的，在不同的参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度会发生改变，故Ａ错误．B．根据时间间隔的相对性：221tvc-＝可知，时间延缓效应，因此地面上的人看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，故B错误；C．根据长度的相对性：221v l lc-＝３km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的航天员却感到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些，故C正确；D．当低速宏观物体时，v<<c时，△t≈△t′，l≈l0，可知“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D正确。

12．下列关于经典力学的时空观说法正确的是（）A．经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的B．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体的运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关C．在经典力学的时空观中，空间间隔是相对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离与参考系选取有关D．经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动无关E．绝对时空观认为，参考系不同，某事件经历的时间也会不同【答案】ABD【解析】经典力学的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关.同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，对不同参考系中的观察者来说也是同时发生的，ABD正确，CE错误。