高一物理粤教版（2019）必修二 第五章 牛顿力学的局限性和相对论初步 单元检测（A卷）（含解析）

第五章 牛顿力学的局限性和相对论初步 单元检测（A卷）
一、单选题
1．如今关于宇宙起源的主流理论是宇宙大爆炸论（宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。大爆炸论认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史：在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化）。支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移；氦元素丰度；宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的。对此，下列认识正确的是 （　　）
①宇宙的存在与发展是客观的
②可论证、可证明是物质的唯一特性
③宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的
④宇宙大爆炸论是第一性的，宇宙存在是第二性的
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
2．以下物理学知识的相关叙述中正确的是（　　）
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B．变化的电场周围一定产生变化的磁场
C．分别用红光和紫光在同一装置上做干涉实验，相邻红光干涉条纹间距小于相邻紫光干涉条纹间距
D．狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
3．下列说法正确的是（　　）
A．牛顿运动定律就是经典力学
B．经典力学的基础是牛顿运动定律
C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题
D．经典力学可以解决自然界中所有的问题
4．晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝关于“红星”和“蓝星”表面的温度，下列说法正确的是（　　）
A．恒星表面的温度越高，表面颜色越偏红，所以“红星”表面的温度高
B．恒星表面的温度越高，表面颜色越偏蓝，所以“蓝星”表面的温度高
C．“红星”和“蓝星”表面的温度一样高
D．恒星的表面颜色与其表面温度无关
5．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
6．下列说法中正确的是（　　）
A．牛顿测出了引力常量，他被称为“称量地球质量”第一人
B．爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
C．所有星体轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相同
D．丹麦天文学家第谷经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点
7．下面说法中正确的是（ ）
①根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍；
②按照广义相对论可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将大于原来的4倍；
③在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大；
④在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大。
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
8．下面关于宇宙的说法正确的是（　　）
A．宇宙是由银河系和太阳系组成的
B．宇宙是由地球和银河系组成的
C．太阳系中只有八大行星绕它运行
D．宇宙中有数十亿个星系，银河系是其中的一员
二、多选题
9．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．相对论与量子力学并没有否定经典力学理论
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
10．关于相对论，下列说法正确的是（　　）
A．根据狭义相对论，物体运动的速度是可以大于光速的
B．质量、长度的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变
C．根据爱因斯坦的相对论，我们之前所学的物理知识、规律都是错误的
D．惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些
11．世界上有各式各样的钟：砂钟、石英钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法（　　）
A．正确 B．错误
C．若变慢，则变慢程度相同 D．若变慢，则与钟的种类有关系
12．下列说法正确的是（　　）
A．开普勒利用自己观察的行星运动数据，通过数学方法建立了开普勒三定律
B．“月地检验”表明地面上的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从同样的规律
C．物理学公认：卡文迪许是第一个在实验室“称量地球质量”的人
D．随着相对论和量子力学等新科学的提出，经典力学作为新科学在一定条件下的特殊情形，被包括在了新的科学成就之中
三、实验题
13．如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。
（1）实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。这些方案中合理的是___________。
A．用刻度尺测出物体下落的高度h，由打点间隔算出下落时间t，通过计算出瞬时速度v
B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过计算出瞬时速度v
C．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过计算得出高度h
D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v
（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。图中O点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点A、B、C、…作为计数点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为、、，已知重物质量为m，当地重力加速度为，计时器打点周期为。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，重物重力势能的减少量___________，动能的增加量___________（用题中所给字母表示）。
（3）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差，下列说法正确的是___________。
A．该误差属于偶然误差
B．该误差属于系统误差
C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
（4）某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力f对本实验的影响。他测出各计数点到起始点的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出图线，如图所示。图像是一条直线，此直线斜率的物理含义是___________（用数学表达式书写，可能用到的物理量为m、g、f），已知当地的重力加速度，由图线求得重物下落时受到阻力与重物所受重力的百分比为___________%（保留两位有效数字）。
14．某同学利用家中物品，设计了如图甲所示装置以测量木块与餐桌之间的动摩擦因数。该同学测得餐桌桌面与地面高度差，在餐桌上用字典垫高木板构成斜面、让木块从斜面一定高度由静止下滑，在桌上运动一段距离后水平飞出，测出其平抛水平距离；将斜面后撤距离，重复第一次操作，测得木块平抛距离；回答以下问题：
(1)关于该实验的操作过程，以下说法正确的是______；
A．两次实验时，斜面倾角应保持不变
B．两次实验时，木块释放位置可以不同
C．需要知道当地重力加速度，才能求出木块与桌面间的动摩擦因数；
(2)第二次实验时，用刻度尺测木块平抛距离如图乙所示，则______；
(3)由以上数据可计算得木块与水平面间的动摩擦因数______（保留两位有效数字）。
四、解答题
15．计算表中物体运动速度的速度比 及因子。
运动物体 步行的人 奔跑中的短跑运动员 高铁 卫星 从地球逃逸的卫星 加速器中的高能粒子
速度v
16．研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称为介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称为π＋或π－，若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为τ＝2.56×10－8s，设π±介子以0.9c的速率运动，求：
(1)在实验室参考系中观测到的该粒子的平均寿命；
(2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离；
(3)该粒子运动时的动能。
17．查阅资料，了解宇宙学的新发展，以小论文或幻灯片等形式进行班级展示。
18．对于质量为1.4倍太阳质量、半径与地球相同的白矮星，计算它的，你认为牛顿力学可以正确描写白矮星的运动吗？简述理由。（太阳质量，引力常量，地球半径，光速）
参考答案：
1．B
【详解】支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移;氦元素丰度;宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的，这表明宇宙的存在与发展是客观的，宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的，①③正确；客观实在性是物质的唯一特性，②错误；宇宙大爆炸论是第二性的，宇宙存在是第一性的，④错误。
故选B。
2．D
【详解】A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，A错误；
B．根据麦克斯韦电磁理论可知均匀变化的电场产生恒定的磁场，B错误；
C．红光波长大于紫光波长，根据可知相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距，C错误；
D．根据光速不变原理得狭义相对论认为：在惯性参照系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，D正确。
【点睛】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象。变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场；根据光速不变原理得狭义相对论认为：在惯性参照系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关；
3．B
【详解】AB．经典力学的基础是牛顿运动定律，但不能说牛顿运动定律就是经典力学，故A项错误，B项正确；
CD．经典力学只适用于宏观、低速物体，故CD两项错误。
4．B
【详解】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。
故选B。
5．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。
6．B
【详解】A．卡文迪许测出了引力常量，他被称为“称量地球质量”第一人，A错误；
B．爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的，B正确；
C．只有绕同一中心天体转动的星体轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值相同，绕不同中心天体转动的星体轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值不相同，C错误；
D．哥白尼提出了“日心说”的观点，D错误；
故选B。
7．A
【详解】①．根据万有引力定律F=G可知，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍，故①正确；
②．按照广义相对论可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的时，引力将大于原来的4倍，故②正确；
③④．牛顿的万有引力定律适用条件是两个质点间引力的计算，要将星球看成质点才能计算它们间引力的大小，而天体的实际半径远大于引力半径，根据爱因斯坦理论，天体的实际半径远大于引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不大，但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大所以根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大，故③、④错误。
故选A。
8．D
【详解】宇宙中有数十亿个星系，银河系是这数十亿个星系中的一员，太阳是银河系中的一员。太阳周围除了八大行星之外，还有若干小行星，彗星等天体绕太阳运动。
故选D。
9．BD
【详解】A．经典力学理论适应于宏观物体，不适应微观粒子，故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正确；
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，故D正确。
故选BD。
10．BD
【详解】A.根据狭义相对论，物体运动的速度不能够超过光速的，A错误；
B.根据相对论，质量、长度的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变，B正确；
C.我们之前所学的物理知识、规律在宏观低速时适用的，所有我们不能够说之前所学的物理知识、规律都是错误的，C错误；
D.动杆变短，动钟变慢，这是相对论洛伦兹变换的公式得到的，D正确。
故选BD。
11．AC
【详解】将不同类型的两架钟调整到时间相同，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子匀速运动。如果运动对一架钟的影响比另一架大，则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别，因而可以知道盒子是在运动，显然这违反了相对论的基本原理：一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态，还是匀速运动状态的。所以一架钟变慢时，所有钟必定都变慢，且变慢的程度一定严格相等。
故选AC。
12．BCD
【详解】A．开普勒利用第谷观察的行星运动数据，通过数学方法建立了开普勒三定律，故A错误；
B．“月地检验”表明地面上的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从同样的规律，故B正确；
C．卡文迪许首先根据扭秤实验测出了引力常量G，从而根据万有引力等于重力求出了地球的质量，所以物理学公认：卡文迪许是第一个在实验室“称量地球质量”的人，故C正确；
D．随着相对论和量子力学等新科学的提出，经典力学作为新科学在一定条件下的特殊情形，被包括在了新的科学成就之中，故D正确。
故选BCD。
13． D BD##DB
【详解】（1）[1]ABD．根据实验原理可知，实验中瞬时速度通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度去求解，不能根据和求解，否则就默认了机械能守恒，失去验证的意义，故AB不合理，D合理；
C．实验中，用刻度尺测量物体下落的高度，不能根据计算得出高度h，故C不合理。
故选D。
（2）[2]由图可知，从O点到F点的过程中，重物下降的高度为，重物重力势能的减少量为
[3]由某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，重物下落到点时速度为
则动能的增加量为
（3）[4]AB．该误差属于系统误差，故A错误，B正确；
C．系统误差无法通过多次测量取平均值的方法来减小，故C错误；
D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该系统误差，故D正确。
故选BD。
（4）[5][6]根据题意，由动能定理可得
整理得
则斜率为
整理可得
结合图像解得
14． A 18.00 0.18
【详解】(1)[1]A．两次实验时，斜面倾角应保持不变，以确保在桌面滑行的初速度相同，A正确；
B．两次实验时，木块释放位置必须相同，以确保在桌面滑行的初速度相同，B错误；
C．木块飞出桌面做平抛运动，竖直方向有
两次飞出后，水平方向分别满足
在桌面上滑行时，设初速度为v0，第一次位移为L0，
两次滑行，由能量守恒可得
联立以上各式可得，故测量动摩擦因数时不需要知道当地重力加速度，C错误。
故选A。
(2)[2]由刻度尺的读数规则可知，18.00cm。
(3)[3]由(1)的分析可知，代入数据可得。
15．，，，，，；，
【详解】设，则
， ，
， ，
各物体因子
，
16．(1)5.87×10－8s；(2)15.85m；(3)2.89×10－11J
【详解】(1)粒子运动时，在和粒子相对静止的参考系中，粒子的寿命仍为τ＝2.56×10－8s，而此时实验室中观测到的寿命τ′应比τ大，满足
τ′＝＝s＝5.87×10－8s
(2)平均距离
d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝15.85m
(3)粒子的静止质量
m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－28kg
粒子的动能为
Ek＝mc2－m0c2＝（－m0）c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J
17．见详解
【详解】现代宇宙学的所谓“宇宙大爆炸论”是获得了所谓“诺贝尔奖”的所谓“宇宙起源”的理论，至今仍为宇宙学主流的基本观点，它是逐步发展而认为：
宇宙起源于温度高达1017K以上，密度极高的极小原始火球，在约137亿年前(迄今观测到最远星系距此约137亿光年)发生的一次大爆炸，这个大爆炸经10-35s结束，温度达1027K，在100s时，温度109K,氘和氦形成。接着据称会在约3分钟内形成所有天然元素，之后在引力作用下，逐渐形成各星系，太阳系、地球、细胞、植物动物、动物，直到人类；
特别是，其中认为：在那个大爆炸约一个月，温度107K时形成了辐射，因当时宇宙物质致密像笼子一样禁闭住所有的辐射，在那个大爆炸后10-30万年，随着物质密度的下降，辐射才挣脱束缚，退耦、传播出来，形成所谓“宇宙背景辐射”，它应能残留至今，因宇宙膨胀，估计已大大冷却至温度约5K；
它的主要依据是所谓“哈勃定理”，即：在一定距离范围观测表明：宇宙间星体发光频率的红移量是与其观测距离成正比的。于是，就判定：宇宙在膨胀，就认为这证明了“大爆炸宇宙论”的正确性；
1998年有两组天文学家的观测报告说，宇宙远处（约70亿光年）有几十颗显得异常昏暗的Ia型超新星，按“哈勃定理”得出：宇宙（70亿年前）在加速膨胀。
这就只能设想有所谓“反引力”（即斥力）的物质充满宇宙各处，正在猛烈拉开宇宙，而把它称为“暗能量”。
但是，虽经多年多种搜寻，至今却始终没能找到这种有所谓“反引力”（即斥力）性质的物质。至今仍为宇宙学主流重要的搜寻目标。
18．；可以
【详解】
牛顿定律适应于宏观低速物体的运动，则牛顿力学可以正确描写白矮星的运动。

高一物理粤教版（2019）必修二 第五章 牛顿力学的局限性和相对论初步 单元检测（A卷）（含解析）