经典力学的局限性(难)

试卷第1页，总15页6.经典力学的局限性难1．关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是()A．狭义相对论和经典力学是相互对立，互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的【答案】BC【解析】A项：经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；B项：在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律，故B正确；C、D项：牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速适用于狭义相对论，故C正确；D错误。故选：BC。2．下列物理学公式正确的是A．声音在空气中的传播速度𝑣=√𝜌𝑝（p为压强，𝜌为密度）B．声音在空气中的传播速度𝑣=√𝑝𝜌（p为压强，𝜌为密度）C．爱因斯坦提出的质量与速度关系𝑚=𝑚0𝑐√𝑐2−𝑣（𝑚0为静止质量，c为光速，𝑣为物体速度）D．爱因斯坦提出的时间与速度关系𝑡=𝑡0𝑐√𝑐2−𝑣2（𝑡0为静止时间，c为光速，𝑣为物体速度）【答案】BD【解析】A、B项：密度的单位为kg/m3，压强的单位为N/m2，又1N=1kg·m/s2，则√𝑃𝜌的单位为√𝑘𝑔𝑚𝑠2𝑚2𝑘𝑔𝑚3=𝑚𝑠⁄，等于速度的单位。故B正确，A错误；C项：爱因斯坦提出的质量与速度关系𝑚=𝑚0√1−𝑣2𝑐2=𝑚0𝐶√𝐶2−𝑣2，（m0为静止质量，C为光速，v为物体速度）故C错误；试卷第2页，总15页D项：爱因斯坦提出的时间与速度关系𝑡=𝑡0√1−𝑣2𝑐2=𝑡0𝐶√𝐶2−𝑣2，（t0为静止时间，C为光速，v为物体速度），故D正确。故应选：BD。3．2017年6月16日，来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站，首次实现了人类历史上第一次距离达千里级的量子密钥分发。下列说法正确的是（）A．经典力学适用于“量子号”绕地球运动的规律，B．经典力学适用于光子的运动规律，C．量子力学可以描述“量子号”发出“两道红光”的运动规律D．量子密钥分发的发现说明经典力学已经失去了使用价值【答案】AC【解析】A、经典力学适用于宏观低速的物体运动，卫星的运动相对微观粒子的运动速度小很多，属于宏观低速，故A正确。B、量子力学适用于微观高速的物体运动，如光子的运动，故B错误。C、D、量子力学和经典力学的适用范围不同，各自在自己的范围内是有价值的，并不会失去用处；故C正确，D错误。故选AC。4．(多选)爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为()A．否定了经典力学的绝对时空观B．揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性C．打破了经典力学体系的局限性D．使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界【答案】BC【解析】A、运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是狭义相对论的几个重要的效应，揭示了时间、空间并非绝对不变的属性，故A错误，B正确；C、爱因斯坦相对论解释了经典牛顿力学不能解释的高速、微观范围，但狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，它打破了经典力学体系的局限性，故C正确；D、普拉克提出的量子理论使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界，故D错误。5．下列说法正确的是A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．当物体运动速度很大(接近光速)时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差试卷第3页，总15页C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狹义相对论中，物体的质量随物体速度增大而减小D．牛顿的引力理论不能用于中子星表面【答案】BD【解析】A、经典力学的使用范围是宏观、低速的物体，不适用微观、高速的物体，故A错误；B、当物体运动速度很大（v→c）、引力很强、活动空间很小（微观）时，经典力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差，虽然相对论和量子力学更加深入科学地认识自然规律，它是科学的进步，但并不表示对经典力学的否定，故B正确；C、在经典力学中，物体的质量是不变的，在狹义相对论中，物体的质量随物体速度增大而最大，故选项C错误；D、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D正确。6．下列说法正确的是（）A．风能和水能是太阳能的间接形式B．牛顿提出万有引力定律，并通过实验测出引力常量GC．天王星的运动轨道偏离根据万有引力计算出来的轨道，其原因是由于天王星受到轨道内部其他行星的引力作用D．在经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关，成为绝对时空观。经典力学只适用于宏观（＞10﹣10m）、低速（v＜＜c）、弱引力场（例如地球附近）【答案】AD【解析】A、人类所使用的能量绝大部分来源于太阳能，只有极少部分来自于其他能源，如核能，故A正确；B、万有引力定律由牛顿在开普勒三定律上提出，然后由卡文迪许通过扭秤实验测量得到引力常量G，故B错误；C、天王星的运动轨道偏离根据万有引力计算出来的轨道，其原因是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力作用，故C错误；D、经典力学即通常说的牛顿力学，应用于宏观、低速、弱引力场等场合，量子力学应用于微观场合，相对论应用于高速场合，故D正确。7．下列说法正确的是（）A．物质、时间、空间是紧密联系的统一体B．在某参考系中观察某一物理现象是同时发生的，但在另一参考系中，仍观察该物理试卷第4页，总15页现象也一定是同时发生C．光经过大质量的星体附近时会发生偏转等现象D．当天体的半径接近“引力半径”时，引力趣于无穷大，牛顿引力理论只要在实际半径大于他们的“引力半径”时才适应【答案】AC【解析】A：时间是物质运动过程的持续性和顺序性，空间是运动着的物质的广延性。时间和空间作为运动着的物质的存在形式，它们同物质运动不可分离，它们是不可分离的统一体。故A项正确。B、相对论时空观认为在某参考系中观察某一物理现象是同时发生的，但在另一参考系中，观察该物理现象不一定是同时发生，故B项错误。C、根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力越强，弯曲越厉害，因此光经过大质量的星体附近时会发生偏转等现象，故C项正确；D、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，引力不会趋于无穷大。故D项错误。8．迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Gliese581”运行的行星“G1－581c”却很值得我们期待．该行星的温度在0℃到40℃之间，质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍，公转周期为13个地球日．“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍．设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则()A．在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B．如果人到了该行星，其体重是地球上的223倍C．该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的√13365倍D．由于该行星公转速度比地球大，地球上的物体如果被带上该行星，其质量会稍有变化【答案】BD【解析】当卫星绕行星表面附近做匀速圆周运动时的速度即为行星的第一宇宙速度，由𝐺𝑀𝑚𝑅2＝𝑚𝑣2𝑅得𝑣=√𝐺𝑀𝑅，M是行星的质量，R是行星的半径，则得该行星与地球的第一宇宙速度之比为𝑣行：𝑣地=√6𝐺𝑀1.5𝑅：√𝐺𝑀𝑅＝21．故A错误；由万有引力近似等于重力，得试卷第5页，总15页𝐺𝑀𝑚𝑅2＝𝑚𝑔，得行星表面的重力加速度为𝑔=𝐺𝑀𝑅2，则得该行星表面与地球表面重力加速度之比为𝑔行：𝑔地=6𝐺𝑀(1.5𝑅)2：𝐺𝑀𝑅2＝83，所以如果人到了该行星，其体重是地球上的223倍．故B正确；根据万有引力提供向心力，列出等式𝐺𝑀𝑚𝑟2＝𝑚4𝜋2𝑟𝑇2可得：𝑟=√𝐺𝑀𝑇24𝜋23行星“G1-58lc”公转周期为13个地球日．将已知条件代入解得：行星“G1-58lc”的轨道半径与地球轨道半径r行G：r日地=√0.31×(13)236523，故C错误；根据相对论原理可知，由于该行星公转速度比地球大，地球上的物体如果被带上该行星，其质量会稍有变化，选项D正确；故选BD.9．下列说法中正确的是（）A．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12时，引力将变为原来的4倍B．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12时，引力将大于原来的4倍C．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D．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【答案】AB【解析】只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大；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．10．经典力学有一定的局限性和适用范围。下列运动适合用经典力学研究和解释的是（）A．氢原子内电子的运动B．飞船绕月球做圆周运动C．密度很大的中子星附近物体的运动D．宇宙探测器以接近光速远离地球的运动【答案】B【解析】经典力学的基础是牛顿定律和万有引力定律，适用于宏观（10-10m）、低速的（𝑣≪𝑐）弱引力场（例如地球附近）A、氢原子内电子已经不属于宏观物体，所以不适用与经典力学，故A错误试卷第6页，总15页B、飞船绕月球做圆周运动是在弱引力场中的运动且运动速度远小于光速，所以适用于经典力学，故B正确；C、密度很大的中子星附近产生了强引力场，故不适用与经典力学，故C错误；D、宇宙探测器以接近光速远离地球的运动，符合速度接近光速，所以不适用于经典力学，故D错误故选B11．在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为()A洞口为椭圆形，长度变短B．洞口为圆形、长度不变C．洞口为椭圆形、长度不变D．洞口为圆形，长度变短【答案】D【解析】根据爱因斯坦的相对论，运动长度为𝐿=𝐿0√1−𝑣2𝑐2，故在运动方向上由于有“尺缩效应”，隧道长度变短；而在垂直运动方向上，没有“尺缩效应”，故洞口依然为圆形，故选D。12．经典力学有一定的适用范围和局限性,不适合用经典力学描述的是（）A．飞行的子弹B．绕地球运行的飞船C．运行的列车D．接近光速运动的粒子【答案】D【解析】子弹的飞行、飞船绕地球的运行及列车的运行都属低速，经典力学能适用。而粒子接近光速运动，则经典力学就不在适用，故D正确，ABC错误。13．下列说法不符合物理学史的是（）A．牛顿对引力常量G进行准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中B．英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动D．开普勒行星运动定律是开普勒在其导师第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的【答案】A【解析】A、牛顿发现万有引力定律，于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原试卷第7页，总15页理》中，英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值，故A不符合物理学史，B符合物理学史；C、20世纪的20年代建立了量子力学理论，它使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动，故C符合物理学史；D、开普勒行星运动定律是开普勒在其导师第谷留下的观测记录的基础上