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经典力学与物理学革命 (时间:60分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,17小题只有一个选项正确,812小题有多个选项正确.全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.经典力学适用于解决()A.宏观高速问题B.微观低速问题C.宏观低速问题D.微观高速问题答案:C解析:经典力学局限于运动速率远小于真空中光速的宏观物体,对高速运动的物体和微观粒子不适用,所以只有C正确.2.关于经典力学和相对论,下列说法正确的是()A.经典力学和相对论是各自独立的学说,互不相容B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C.相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系D.经典力学包含在相对论之中,经典力学是相对论的特例答案:D解析:相对论的建立并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形,所以A、B、C错误,D正确.3.下列关于光的波粒二象性说法正确的是()A.光有时是波,有时是粒子B.光表现为波动性时,与水面波是同种类的波C.光不可能同时具有波动性和粒子性D.光的直线传播只是宏观近似规律答案:D解析:光同时具有波动性和粒子性,只是条件不同,两者的明显程度不同,所以A、C错误;光是概率波,与宏观的机械波不同,B错误;由于光具有波动性,所以光的直线传播是宏观的近似直线传播,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.相对论认为,在不同的惯性参考系中,物理规律是不相同的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:爱因斯坦的质能方程阐明了质量和能量的相互联系,但质量和能量是物质存在的两种形式,再由相对论可知,只有选项A正确.5.关于光电效应现象,下列说法正确的是()A.只要照射时间足够长,任何金属都能发射光电子B.只要光的强度足够强,任何金属都能发射光电子C.一种金属能否发射光电子,只与光的频率有关D.光的强度越大,产生的光电子能量越大答案:C解析:光电效应的产生取决于光的频率而与照射时间和光的强度无关.只有当入射光的频率大于金属的极限频率时,才会发生光电效应.6.黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知()A.随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加B.随温度降低,各种波长的辐射强度都有增加C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动答案:A7.下列说法错误的有()A.能量量子化就是指微观粒子的能量值只能是正整数的倍数B.量子化就是指不连续性,指物理量变化时不能连续变化,只能取分立的值C.光的波粒二象性是指光既不是普通的波,也不是实物粒子,而是一种特殊物质,它的特殊性表现在既具有波的性质,同时又具有粒子的特点D.原子发光的光谱是一系列不连续亮线组成的线状谱答案:A解析:能量量子化是指微观粒子的能量值只能是最小能量单位的整数倍,故A错,B对.光具有波粒二象性,但与宏观概念中的波、粒子不同,故C对.由于能量的量子化,所以放出的能量也是量子化的,因此原子光谱是一系列不连续亮线,故D正确.8.科学家们并不比常人有太多的身体差异,只是他们善于观察,勤于思考,有更好的发现问题探究问题的毅力.下列规律或定律与对应的科学家叙述正确的是()A.伽利略与自由落体规律B.开普勒与行星运动定律C.爱因斯坦与能量守恒定律D.牛顿与相对论答案:AB解析:伽利略首先通过实验否定了亚里士多德“物体下落的快慢与物体的质量有关”的错误结论,然后指出“自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动”,选项A正确;开普勒总结了描述行星运动规律的开普勒行星运动定律,选项B正确;能量守恒定律是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和赫姆霍兹等人完成的,选项C错误;爱因斯坦建立相对论,选项D错误.本题答案为A、B.9.联系相对论时空观,判断下列有关质量和长度说法中正确的是()A.物体的质量与运动状态无关B.物体的质量与运动状态有关,只是在速度较低的情况下,变化忽略不计C.物体的长度与运动状态无关D.物体的长度与运动状态有关,只是在速度较低的情况下,变化忽略不计答案:BD解析:根据相对论时空观,物体的质量随速度增大而增大,只是在速度较低的情况下,变化忽略不计;物体沿运动方向的长度随速度增大而减小,只是在速度较低的情况下,变化忽略不计,选项B、D正确.10.A、B两架飞机沿地面上一足球场的长边在其上空高速飞过,且vAvB,对于在飞机上的人观察结果,下列说法正确的是()A.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的长B.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的短C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同答案:BD解析:由l=l0(其中l0是观察者相对足球场静止时观测的长度),可以看出,速度越大,“动尺变短”的效应越明显,选项B正确;但是足球场的短边与飞机速度方向垂直,所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同,选项D正确.11.如图所示,甲、乙、丙三个完全相同的时钟,甲放在地面上,乙、丙分别放在两架航天飞机上,航天飞机沿同一方向高速飞离地球,但是乙所在的飞机比丙所在的飞机飞得快.则乙所在飞机上的观察者认为()(导学号51100118)A.走得最快的钟是甲B.走得最快的钟是乙C.走得最快的钟是丙D.走得最慢的钟是甲答案:BD解析:根据公式t=可知,相对于观察者的速度v越大,其上的时间进程越慢.12.关于物体的质量,下列说法正确的是()A.在牛顿力学中,物体的质量是保持不变的B.在牛顿力学中,物体的质量随物体的速度变化而变化C.在相对论力学中,物体静止时的质量最小D.在相对论力学中,物体的质量随物体的速度的增大而减小答案:AC解析:在牛顿力学中,认为物体的质量是绝对的、不变的.在相对论力学中,认为物体的质量随物体的速度的增大而增大.二、非选择题(13小题8分,14小题8分,15小题10分,16小题14分,共40分)13.宇航员在地面上将两只钟校准到零时刻(如甲图所示),其中一只留在地面上,另一只跟随宇航员一起乘坐上高速运行的飞船.从零时刻开始计时,宇航员根据随身携带的手表指示,经过了半个小时,宇航员观察飞船内表的分针指示可能是图,宇航员观察地面上钟的分针指示可能为图.答案:乙丙解析:宇航员相对飞船内的表静止,观察飞船内的表的分针指示可能是乙图;地面相对宇航员是高速运动的,根据运动的时钟变慢,宇航员观察地面上钟的分针指示可能为丙图.14.如图所示,一静电计与锌板相连,在A处用一紫外灯照射锌板,关灯后指针将保持一定偏角.(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触,则静电计指针偏角将(选填“增大”“减小”或“不变”);(2)使静电计指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,静电计指针无偏转.那么,若改用强度更大的红外线照射锌板,可观察到静电计指针(选填“有”或“无”)偏转.答案:(1)减小(2)无解析:紫外线照射锌板,锌板发生光电效应,放出光电子,锌板及与它连在一起的静电计带正电,带负电小球与其接触后,中和一部分正电荷,静电计指针偏角减小.红外线比黄光的频率更低,更不可能使锌板发生光电效应,能否发生光电效应与入射光的强度无关.15.某光源能发出波长为0.6 m的可见光,用它照射某金属能发生光电效应,产生光电子的最大初动能为0.25 eV.已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3108 m/s.求:(1)上述可见光中每个光子的能量;(2)该金属的逸出功.答案:2.07 eV1.82 eV解析:(1)每个光子的能量=h=3.31510-19 J=2.07 eV.(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可得,该金属的逸出功W0=h-Ek=2.07 eV-0.25 eV=1.82 eV.16.用功率P0=1 W的光源照射离光源r=3 m处的某块金属薄片,已知光源发出的是波长=589 nm的单色光,试计算:(导学号51100119)(1)1 s内打到金属板1 m2面积上的光子数;(2)若取该金属原子半径r1=0.510-10 m,则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子?答案:(1)2.621016个(2)4 854.4 s解析:发光机理的实质是能的转换,即把其他形式的能量转换成光子的能量,根据光源的功率算出1 s内辐射的总能量,由每个光子能量E=h即可算出总光子数,因为1 s内辐射的这些光子,都可以看成是均匀分布在以光源为中心的球面上,于是由面积之比就可算出1 s内单位面积上的光子数.(1)离光源3 m处的金属板每1 s内单位面积上接收的光能为P= J/m2s=8.8510-3 J/m2s=5.531016 eV/m2s因为每个光子的能量为=h=c= J=3.37710-19 J=2.11 eV所以单位时间内打到金属板上单位面积的光子数为n=2.621016(个)(2)每个原子的截面积为S1=(0.510-10)2 m2=7.8510-21 m2把金属板看成由原子密集排列组成的,则每个原子截面积上每秒内接收到的光子数为n1=nS1=2.6210167.8510-21个=2.0610-4个每两个光子落在原子上的时间间隔为t= s=4 854.4 s.
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