2022版第八章牛顿力学的局限性与相对论初步

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  •  2022/5/18
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1.关于牛顿力学的适用范围和局限性,下列说法正确的是

A.牛顿力学过时了,应该被量子力学所取代

B.由于超音速飞机的速度太大,其运动不能用牛顿力学来解释

C.人造卫星的运动不适合用牛顿力学来描述

D.当物体速度接近光速时,其运动规律不适合用牛顿力学来描述

【答案】

D

 

2.牛顿力学不适用于高速运动,这里的“高速”是指(    )

A.声音在空气中的传播速度                   B.第一宇宙速度

C.高铁列车允许行驶的最大速度            D.接近真空中光的传播速度

【答案】

D

 

3.下列物体的运动不能用牛顿力学描述的是(    )

A.飞机的飞行            B.人造卫星的运行            C.小汽车的行驶        D.光子的运动

【答案】

D

 

4.下列运动中,牛顿力学规律适用的是(    )

A.研究原子中电子的运动               B.高能粒子(速度较大)进一步加速

C.粒子接近光速的运动                   D.嫦娥一号探月卫星的运动

【答案】

D

 

5.下列描述不属于牛顿力学范围的是(    )

A.开普勒对行星运动规律的描述                   B.伽利略对落体运动规律的描述

C.牛顿对物体低速运动规律的描述               D.爱因斯坦对粒子接近光速运动规律的描述

【答案】

D

 

6.“科学总是从正确走向错误。”这句话适用于描述下列哪项物理事实?(    )

A.哥白尼的日心说            B.机械能守恒定律

C.牛顿力学的局限性        D.利用万有引力发现未知天体

【答案】

C

 

7.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.2.5×10−1 m/s           B.2.5×102 m/s            C.2.5×105 m/s            D.2.5×108 m/s

【答案】

D

 

8.在牛顿力学中研究物体的运动时,经常会选择不同的惯性参考系。对于某一运动,选择不同的惯性参考系时,下列物理量中不受影响的是(    )

A.位移        B.加速度            C.功            D.速度

【答案】

B

 

9.物体运动的速度非常大时,牛顿力学就不再适用了,这是因为(    )

A.物体运动的速度很大时,测量时引起的误差太大,所以不适用了

B.物体运动的速度很大时,物体受到的力也很大,所以不适用了

C.物体运动的速度很大时,物体的质量也发生了较大变化,所以不适用了

D.物体运动的速度很大时,加速度也很大,所以不适用了

【答案】

C

 

10.牛顿力学有其局限性,相对论已经成为现代科学技术的重要理论基础之一。下列关于牛顿力学的说法中,正确的是(    )

A.牛顿力学只适用于宏观、低速、弱引力场

B.牛顿力学适用于范围在 10-10 m 以内的微观粒子运动

C.牛顿力学认为时间、空间与物质及其运动之间是相互联系的

D.按照牛顿力学,只有知道初始条件,才可以准确确定物体以往和未来的运动状态

【答案】

AD

 

11.正负电子对撞机中电子的动能为 2 800 MeV(4.48×10−10 J),已知电子的质量为 9.11×10−31 kg,按照牛顿力学,这个电子的速度多大?这种情况牛顿力学是否适用,为什么?

【答案】

3.14×1010 m/s,不适用,因为按照牛顿力学,此电子的速度超过光速,这是不可能的。

 

12.在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器,关于地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员可能观察到的现象,正确的是(    )

A.地面上的人观察到宇宙飞行器变短了

B.地面上的人观察到宇宙飞行器变长了

C.宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了

D.宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了

【答案】

A

 

13.相对于地球的速度为 v 的一飞船,要到离地球 5 光年的星球上去,若飞船的宇航员测得该旅程为 3 光年,则 v 应为(    )

A.\(\frac{c}{2}\)            B.\(\frac{3c}{5}\)          C.\(\frac{9c}{10}\)          D.\(\frac{4c}{5}\)

【答案】

D

 

14.下列现象中属于狭义相对论效应的是(    )

A.质量减小        B.长度增长        C.时间延缓        D.时间不变

【答案】

C

 

15.在一个惯性系中观测,两个事件同地不同时,则在其他惯性系中观测,结果它们(    )

A.一定同时                                    B.可能同时

C.不可能同时,但可能同地            D.不可能同时,也不可能同地

【答案】

B

 

16.如果有一列火车,以很高的速度运动,车窗沿运动方向为长,垂直运动方向为宽,根据相对论的知识,地面上的人发现(    )

A.车窗的长度比静止时更长            B.车窗的长度比静止时更短

C.车窗的宽度比静止时更宽            D.车窗的宽度比静止时更窄

【答案】

B

 

17.假设某人做一次高速的太空旅行并返回地球,从出发到返回他带的手表正好显示是1年,根据爱因斯坦的相对论观点,则地球上的经过的时间是(    )

A.也是1年               B.小于1年

C.大于1年                D.都有可能

【答案】

C

 

18.如图,假设一根长 10 cm 的箭以接近光速穿过一根长 10 cm 静止的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的。则下列说法正确的是(    )

A.静止的观察者看到箭收缩变短,因此在某个位置,管子能完全遮住箭

B.静止的观察者看到箭变长,因此在某个位置,箭从管子的两端伸出来

C.静止的观察者看到两者的收缩量相等,因此在某个位置,管子仍恰好遮住箭

D.如果箭和管子都以光速 c 相向运动,则二者的相对速度是 2c

【答案】

A

 

19.在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播,闪光到达车厢后壁时,一只小猫在车厢后端出现,闪光到达车厢前壁时,两只小鸡在车厢前端出现。则(    )

A.在火车上的人看来,一只小猫先出现

B.在火车上的人看来,两只小鸡先出现

C.在地面上的人看来,一只小猫先出现

D.在地面上的人看来,两只小鸡先出现

【答案】

C

 

20.A、B、C 是三个完全相同的时钟,A 放在地面上,B、C 分别放在以速度 v1v2 朝同一方向飞行的两枚火箭上,且 v1 < v2。地面上的观察者认为走得最快的时钟是(    )

A.A 时钟                          B.B 时钟

C.C 时钟                          D.无法确定

【答案】

A

 

21.一枚静止时长 30 m 的火箭以 0.6cc 为光速)的速度从观察者的身旁掠过,观察者测得火箭的长度为 L1,火箭上的人测得火箭的长度为 L2,则 L1L2 的数值应是(    )

A.30 m,30 m           B.30 m,24 m

C.24 m,30 m            D.24 m,24 m

【答案】

C

 

22.已知电子的质量为 9.11×10−31 kg,当电子速度为零时具有的能量为_________J。

【答案】

8.2×10−14

 

23.如图,已知光速为 c,若参考系 O′ 相对于参考系 O 静止,则人看到的光速是______;若参考系 O′ 相对于参考系 O 以速度 v 向右运动,则人看到的光速是_______;若参考系 O′ 相对于参考系 O 以速度 v 向左运动,则人看到的光速是_________。

【答案】

ccc

 

24.如图,一列火车以速度 v 相对地面运动,如果地面上的人测得:地面上一只光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,则火车上的人测得此闪光先到达_________(选填“前壁”或“后壁”),这两束闪光的传播速度________(选填“相等”或“不相等”)

 

【答案】

前壁,相等

 

25.如图(a),竖直墙上挂着一面时钟,地面上静止的观察者 A 观测到钟的面积为 S,另一观察者 B 以 0.8cc 为光速)平行 y 轴正方向运动,观察到钟的面积为 S',则 S_______S'(选填“大于”“等于”或“小于”)。时钟与观察者有不同相对速度的情况下,时钟的频率也是不同的,它们之间的关系如图(b),A 观察者观察到时钟的周期是 2.0 s,则 B 观察者观察到时钟的周期为__________s。

【答案】

大于,\(\frac{{10}}{3}\)

 

26.半人马星座内的 α 星是离太阳系最近的恒星,它与地球间的距离约为 4.3×1016 m。假设有一宇宙飞船往返于地球和半人马星座内的 α 星之间,若宇宙飞船的速率为 0.999c,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?(结果均保留三位有效数字)

【答案】

(1)2.87×108 s

(2)1.28×107 s

 

27.下列关于恒星演化的叙述中,不正确的是(    )

A.星云中的气体和尘埃一旦紧缩成一个原恒星时,一颗新的恒星就诞生了

B.恒星的燃料消耗殆尽时,它就会膨胀变成巨星或超巨星

C.几个超巨星紧缩在一起时,形成了黑洞

D.超巨星可能爆炸成为超新星

【答案】

C

 

28.恒星的前身是(    )

A.宇宙的微粒            B.星团

C.行星        D.星际云或星际云中的某块星云

【答案】

D

 

29.太阳辐射的能量来源于(    )

A.太阳的运动                   B.太阳黑子爆发

C.氢气的燃烧                   D.内部热核反应

【答案】

D

 

30.通过上网查阅资料我们就可以知道,科学家对于宇宙的起源有很多说法,现在大家比较认同的说法是(    )

A.大爆炸宇宙学                      B.稳恒态宇宙学

C.等级式宇宙学                      D.正反物质宇宙学

【答案】

A

 

31.按照恒星演化的不同阶段分类,太阳目前属于(    )

A.原恒星            B.白矮星            C.红巨星            D.主序星

【答案】

D

 

32.恒星演化过程中,聚变反应到哪种元素产生后就停止?(    )

A.氧            B.硅            C.钙            D.铁

【答案】

D

 

33.我们观测到的宇宙的图景是(    )

A.宇宙当今的图景                   B.宇宙过去的图景

C.宇宙将来的图景                   D.一种虚拟的图景

【答案】

B

 

34.形成目前宇宙的原始火球特征为(    )

A.温度很高,密度很小,体积很小

B.温度很低,密度很大,体积很小

C.温度很高,密度很大,体积很小

D.温度很低,密度很小,体积不断变动

【答案】

C

 

35.2011年诺贝尔物理奖授予佩尔马特等三位科学家,他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星,发现宇宙正在加速膨胀”。物理学家为了解释这一现象,提出了“暗能量”的概念。正是在暗能量的驱动下,宇宙出现了加速膨胀。宇宙中暗能量约占 68%、约有 27% 是暗物质,我们能看到的、接触到的普通物质占 5% 左右。暗能量和暗物质的实质至今尚不清楚,但科学家找到了暗物质存在的间接证据,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,星系团要束缚住这些星系,它的质量应该是我们观测到质量的 100 倍以上,大量的观测分析证实了这一点。关于上述事实及理论假说,下列结论你认为可能正确的是(    )

A.暗能量力的作用表现为斥力

B.暗物质力的作用表现为引力

C.从太阳系行星运动与星系团中的星系运动比较可知,宇宙中暗物质分布是均匀的

D.从太阳系行星运动与宇宙正在加速膨胀比较可知,宇宙中暗能量分布是不均匀的

【答案】

ABD

 

36.光年是________的单位,换成国际单位时,1 1.y. = _______m。

【答案】

长度,9. 46×1015

 

37.恒星演化发展到一定阶段,可能成为恒星世界的“侏儒”--中子星。中子星的半径较小,一般在 7~20 km,但它的密度大得惊人。若某中子星的半径为 10 km,密度为 1.2×1017 kg/m3,那么该中子星上的第一宇宙速度约为_________km/s。

【答案】

5.8×104

 

38.用下表中关于星系运动的数据,回答问题:

星系图

距离银河系/百万光年

速度/(km·s−1

室女座

90

1.2

大熊座

980

15

牧夫座

2 540

39

长蛇座

3 980

61

(1)画一个曲线图说明每一个星系团离银河系的距离与它的运动速度之间的关系,距离用 x 轴表示,速度用 y 轴表示;

(2)星系的距离和运动速度有怎样的关系?

(3)你的曲线图显示出宇宙在膨胀、在收缩,还是保持原有体积?

(4)在研究宇宙发展演变的理论中,有一种学说叫“宇宙膨胀说”,这种学说认为引力常量 G 在缓慢地减少。根据这一理论,在很久很久以前,太阳系中地球的公转情况与现在相比,公转半径、公转周期、公转速率、公转角速度各发生了什么变化?

【答案】

(1)略

(2)星系团离银河系的距离越远,它的运动速度越大

(3)宇宙在膨胀

(4)公转半径增大,公转周期增大,公转速率变小,公转角速度变小

 

39.据我国史料记载,我国古代天文学家在距今九百多年前就观察到了超新星爆炸,这一爆炸后的超新星后来也被英国一名天文爱好者用望远镜观测到。它是一团云雾状的东西,外形像一只螃蟹,人们称之为“蟹状星云”。它是超大行星爆炸后向四周抛射的物体形成的,在1920年它对地球上的观察者张开的角度为360 秒(角度单位:1度 = 60 分,1 分 = 60 秒)。“蟹状星云”对地球上的观察者所张开的角度每年约增 0.42 秒,它到地球距离约为 5 000 光年。请你据此估算出超新星爆炸大约发生于公元前多少年?

【答案】

根据题意可知每年 0.42 秒,那么到 1920 年约经历了  ≈ 857 年,所以1 920 – 857 − 5 000 = −3 937,即约发生在公元前 3 937 年(注意:没有公元0年,所以答案是否应该是公元前 3938年?)。

 

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