经典力学的局限性(难)

1、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（vc）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

2、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=p（p为压强，为密度）B 声音在空气中的传播速度v=p（p为压强，为密度）C 爱因斯坦提出的质量与速度关系m=m0cc2v（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=t0cc2v2（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=1kgm/s2，则P的单位为kgms2m2kgm3=ms，等于速度的单位。故

3、B正确，A错误；C项：爱因斯坦提出的质量与速度关系m=m01v2c2=m0CC2v2，（m0为静止质量，C为光速，v为物体速度）故C错误；D项：爱因斯坦提出的时间与速度关系t=t01v2c2=t0CC2v2，（t0为静止时间，C为光速，v为物体速度），故D正确。故应选：BD。32017 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

4、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

5、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

6、果之间出现了较大的偏差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（vc）、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

7、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（1010m）、低速（vc）、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

8、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】

9、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

10、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“G1581c”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1

11、3365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GMmR2mv2R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：GMR21故A错误；由万有引力近似等于重力，得GMmR2mg，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：GMR283，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GMmr2m42r

12、T2可得：r=3GMT242 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=30.31(13)23652，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

13、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（vc ）弱引力场（例如地球附近）A、

14、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=L01v2c2，故在运动方向上由于有“尺缩效应”

15、，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

16、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整理和研究而来的，故D符合物理学史。14下列说法中正确的是（ ）A

17、经典力学可以解决自然界中所有的问题B 相对论与量子力学否定了经典力学理论C 发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船服从经典力学规律D 在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变【答案】C【解析】A、经典力学适用于低速、宏观的物体，故A错误；B、经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似.在狭义相对论的所有公式中,只要令vc ,在数学上稍作变换,就会发现,它们将全部退化为牛顿的经典力学公式.故B错误C、发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的速度都小于光速，所以服从经典力学规律故C正确；D、在经典力学中,认为物体的质量是不变的,但在狭义相对论中质量m=m01(vc)2,会随速度的增大而增大，故D错误；故选C15关于经

18、典力学和狭义相对论，下面说法正确的是A 经典力学适用于宏观、高速运动的物体B 光速不变原理是狭义相对论基本假设之一C 狭义相对论和经典力学是相互对立，互不相容的两种理论D 狭义相对论认为不同的惯性参考系中，一切物理规律形式不同【答案】B【解析】A、经典力学只适用于宏观世界，低速运动，故A错误；B、光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，故B正确；C、经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似，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C错误；D、狭义相对论认为不同的惯性参考系中，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，故D错误；故选B。16以下关于物

19、体的质量的说法中正确的是（ ）A 质量是物体固有的属性，其大小与物体运动的速度无关B 只有当物体运动的速度远小于光速时，才可以认为质量不变C 只有当物体运动的速度远小于光速时，物体的质量才增大D 物体速度大，说明受力大，同时物体的质量也增大【答案】B【解析】ABC：在经典力学中，质量是物体固有的属性，其大小与物体运动的速度无关；狭义相对论告诉我们：只有当物体运动的速度远小于光速时，才可以认为质量不变。根据公式： 可知，只有当物体运动的速度接近光速时，物体的质量才明显增大。故B正确，AC错误。D：物体速度大，但受力不一定大，物体可能做高速的匀速运动，故D项错误。17哥白尼提出“太阳中心说”、开普

20、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 ( )世界无限广大，人不可能认识世界 人的意识具有能动性，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 每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识A B C D 【答案】D【解析】发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题，这是科学研究的基本轨迹。任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形

21、成的“正确理论”都有一定的局限性，爱因斯坦的相对论是对牛顿力学理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战。则项错误，项正确；故选D。185月6日，我国第二发长征五号运载火箭已安全运抵海南文昌，于6月搭载我国自主研发的实践十八号卫星发射升空，卫星将进行量子通信等试验验证。则A 经典力学认为长征五号速度越大，长度越大B 经典力学认为实践十八号的速度越大，质量越大C 虽然实践十八号在轨速度高达3. l km/s，但经典力学依然可以精确描述其运动D 经典力学也适用精确描述高速电子的运动及进行量子通信的研究【答案】C【解析】经典力学认为，物体的长度和质量与物体的速度无关，选项AB错误；经典力学适应

22、于宏观低速物体，虽然实践十八号在轨速度高达3.1km/s，但经典力学依然可以精确描述其运动，选项C正确；经典力学适应于宏观低速物体，不适应微观的高速粒子，则经典力学不适用精确描述高速电子的运动及进行量子通信的研究，选项D错误；故选C.19关于经典力学，下列说法正确的是（）A 经典力学取得了巨大的成就，所以经典力学是普遍适用的B 由于相对论及量子力学的提出，经典力学已经失去了它的作用C 相对论及量子力学的出现是对经典力学的否定D 经典力学在宏观低速中仍适用【答案】D【解析】经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，A错误；相对论、量子论的提出，没

23、有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，BC错误；经典力学在低速、宏观状态下的仍然可以使用，对于高速、微观的情形经典力学不适用，D正确20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运动是A 子弹的飞行 B 粒子接近光速的运动C 列车的运行 D 飞船绕地球的运行【答案】B【解析】试题分析：经典力学的局限性是宏观物体及低速运动当达到高速时，经典力学就不在适用子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行都属低速，经典力学能适用，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21以下关于相对论的说法，正确的是A 观

24、察者与光源相向运动时，观测到的光速大于3108m/sB 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.22下列说法正确的是（ ）A 相对论与量子力

25、学的出现，表示经典力学已失去意义B 对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍能适用C 牛顿运动定律可以解决自然中所有的问题D 相对论的创始人是爱因斯坦【答案】D【解析】A、相对论与量子力学的出现，是对微观的世界的解释，经典力学对宏观物体的低速的运动仍然有意义，故A错误；B、C、对于宏观物体的低速运动问题，经典力学仍能适用，对于宏观物体的高速运动问题，经典力学不再适用，故B、C错误；D、相对论的创始人是爱因斯坦，故D正确。23下列说法正确的是A 经典力学中物体的质量是可变的B 经典力学中的时间和空间是独立于物体及其运动的C 万有引力定律适用于强引力作用D 物体的速度可以是任意数值【答案】B【解析】

26、质量不随物体的运动状态，所处空间，以及状态的变化而变化，A错误；经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故B正确；万有引力定律属于弱引力作用，不适用于强作用力，故C错误；根据相对论力学，物体的能量是不连续的，所以速度也是不连续的，故D错误。24根据狭义相对论下列说法正确的是（ ）A一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短B对于确定的物体，无论运动速度有多大，物体的质量都不会改变C宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了D宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了【答案】C【解析】

27、试题分析：根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，尺子若沿垂直于尺子方向高速运动，尺子的长度不会变化故A错误；根据狭义相对论的基本结论，速度越大，质量越大故B错根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船是在做高速运动，所以飞船上的时钟变慢了故C正确根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船的人观察飞船是不运动的，所以飞船上的时钟没有变慢了，正常走时故D错故选C。25某物体静止时的质量为1Kg,若该物体分别以100m/s和0.9倍光速运动，试按照狭义相对论的观点分别计算出物体在两种情况下的质量，此结果说明了什么？【答案】在物体的速度为100m/s和0.9倍光

28、速时，根据m=m01v2c2分别算出两种情况下的质量为m1=m011002(3108)2 m0m2=m01(0.93108)2(3108)2=m00.19=2.29m0由此可见：一般物体的运动，不考虑其质量的变化。当其速度接近光速时，质量变化明显。【解析】在物体的速度为100m/s和0.9倍光速时，根据m=m01-v2c2分别算出两种情况下的质量为m1=m01-1002(3108)2 m0m2=m01-(0.93108)2(3108)2=m00.19=2.29m0由此可见：一般物体的运动，不考虑其质量的变化。当其速度接近光速时，质量变化明显。26实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，

29、它们的近日点在不断地旋进经典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?【答案】按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符经典力学也能作出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多经典力学的解释不能令人满意 爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43的附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象并且都被观测证实【解析】按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符经典力学也能作出一些解释，但是，水星

30、旋进的实际观测值比经典力学的预言值多经典力学的解释不能令人满意 爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43的附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象并且都被观测证实.2721世纪，宇航员要在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，有一种设计中的空间站看起来像个大车轮，它绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这样就人为造出一个重力，若空间站半径是50 m，为了使边缘处的自由落体加速度与地球表面相同，空间站每分钟应转多少转？如果半径是100 m呢？【答案】4.2转

31、；3.0转【解析】在空间站的边缘，物体所受的惯性离心力为F=m2r，物体所受的重力G=mg，题目要求F=G，由此解出=gr=0.44rad/s，由角速度和转速的关系n=2，解得n4.2转/分；同理取半径r=100m，由n=12gr，代入数据得n3.0转/分。28地球以3104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？【答案】1.000 000 005【解析】地球以的速度绕太阳公转时，根据爱因斯坦相对论的公式得它的质量，所以它的质量增大到静止质量的倍。29已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度) v=2GMERE，其中G、ME、Rg分别是引力常量、地球的质量和半径已知G=6.631011Nm2/kg2，c=2.997108m/s。(1)逃逸速度大于真空中光速的天体叫黑洞设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.981030m/s，求它的可能最大半径.(2)在日前天文观测范围内，物质的平均密度为10-27kg/m3，如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物体都不能脱离宇宙问宇宙的半径至少是多大?【答案】(1)2.93km (2) 4.231010光年【解析】(1) 由t=1600s得RE=2GMEv2 对于黑