-學(xué)年高中物理第6章相對(duì)論與天體物理章末小結(jié)與測(cè)評(píng)教學(xué)案魯科版

1、第 6 章 相對(duì)論與天體物理狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論的基本原理；(1) 狹義相對(duì)性原理：物理規(guī)律 力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué) 等對(duì)于全部慣性系都具有相同的形式；(2) 光速不變?cè)恚涸谌魏螒T性系中，光在真空中的速度恒為c，與光源的運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)；(3) 時(shí)間的相對(duì)性：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢：t t ；v21 c2(4) 長(zhǎng)度的相對(duì)性：一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度??；公式2v為 l l 01 c2；(5) 相對(duì)論的速度疊加：uu vvu21c1設(shè)想地球上有一觀看者測(cè)得一宇宙飛船以0.60 c 的速率向東飛行，5.0 s后該飛船將與一個(gè)以0.80 c 的速率向西飛行的彗星相碰撞，試問(wèn)：(

2、1) 飛船中的人測(cè)得彗星將以多大的速率向它運(yùn)動(dòng)？(2) 從飛船中的時(shí)鐘來(lái)看，仍有多少時(shí)間答應(yīng)它離開航線以防止與彗星碰撞？解析： 1 這是一個(gè)相對(duì)論速度變換問(wèn)題；取地球?yàn)閟 系，飛船為s系，向西為正向，就 s 系相對(duì) s系的速度v0.60 c，彗星相對(duì)s 系的速度ux 0.80 c，由速度變換可得ux vuxvu 0.946 cx1 c2即彗星以 0.946 c 的速率向飛船靠近；2 由時(shí)間間隔的相對(duì)性有t t v 5.0 s21c解得 t 4.0 s答案： 10.946c24.0 s廣義相對(duì)論1廣義相對(duì)論的基本原理(1) 廣義相對(duì)性原理：在任何參考系 包括非慣性系 中物理規(guī)律都是相同的；(2)

3、 等效原理：勻加速參考系中的慣性力場(chǎng)與勻稱引力場(chǎng)不行區(qū)分；2廣義相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu)彎曲時(shí)空(1) 引力場(chǎng)中，時(shí)鐘變慢；(2) 在與引力垂直的方向上，空間間隔變短，發(fā)生了彎曲；2以下說(shuō)法中正確選項(xiàng)a矮星表面的引力很強(qiáng) b在引力場(chǎng)弱的地方比引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，時(shí)鐘走得慢些c在引力場(chǎng)越弱的地方，物體長(zhǎng)度越長(zhǎng) d在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向綠端偏移解析：因矮星體積很小，質(zhì)量卻不小，所以矮星表面引力很強(qiáng)，a 對(duì)；依據(jù)廣義相對(duì)論的結(jié)論，引力場(chǎng)越強(qiáng)，時(shí)間進(jìn)程越慢，在垂直引力方向上長(zhǎng)度變短，而引力方向上沒有這種效應(yīng)，所以b、c 錯(cuò)；在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向紅端偏移，稱為引力紅移，d 錯(cuò)；答案： a 時(shí)間： 60 分

4、鐘滿分： 100 分 一、挑選題 共 8 小題，每道題6 分，共 48 分，每道題只有一個(gè)選項(xiàng)正確； 1關(guān)于相對(duì)論的以下說(shuō)法，正確選項(xiàng)a狹義相對(duì)論只討論力學(xué)規(guī)律 b狹義相對(duì)論只討論慣性系 c廣義相對(duì)論的等效原理是指慣性系和非慣性系等效d強(qiáng)引力可導(dǎo)致光線和空間彎曲是狹義相對(duì)論的結(jié)論解析：選 b依據(jù)狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的原理知，b 項(xiàng)正確；2如圖1 所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔a、b 和 c；假想有一列車沿ac 方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔b發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀測(cè)者測(cè)得a、c 兩鐵塔被照亮的 次序是 圖 1a同時(shí)被照亮ba 先被照亮c c先被照亮d 無(wú)法判定解析：選c因列車沿ac方向

5、接近光速行駛，依據(jù)“同時(shí)”的相對(duì)性，即前邊的大事先發(fā)生，后邊的大事后發(fā)生可知c 先被照亮，答案為c；3坐在做勻速直線運(yùn)動(dòng)的公共汽車上的售票員，觀看到車的前、后門是同時(shí)關(guān)上的， 地面上的觀看者觀看到的是a同時(shí)關(guān)上b 前門先于后門關(guān)上c后門先于前門關(guān)上d 不能確定解析：選 c由于車是運(yùn)動(dòng)的，后門的光先于前門的光傳至觀看者，因此地面上的人先看到后門關(guān)上；4假設(shè)地面上有一列火車以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)站著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀看車?yán)锏娜?，觀看的結(jié)果是a這個(gè)人瘦但不高b 這個(gè)人矮但不胖c這個(gè)人是個(gè)瘦高個(gè)兒d 這個(gè)人是個(gè)矮胖子解析：選 a由狹義相對(duì)論知在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度變短，在垂直運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度

6、不變，故a 項(xiàng)正確；5 a、b 兩架飛機(jī)沿地面上一足球場(chǎng)的長(zhǎng)度方向在其上空高速飛過(guò)，且va vb，在飛機(jī)上的人觀看結(jié)果正確選項(xiàng)a a飛機(jī)上的人觀看到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比b 飛機(jī)上的人觀看到的大b a飛機(jī)上的人觀看到足球場(chǎng)的寬度比b 飛機(jī)上的人觀看到的小 c兩飛機(jī)上的人觀看到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度相同 d兩飛機(jī)上的人觀看到足球場(chǎng)的寬度相同解析： 選 d由于當(dāng)一個(gè)慣性系的速度比較大時(shí)，依據(jù) l l 01v 2c知， 沿飛行方向長(zhǎng)度減小，而且速度越大，長(zhǎng)度越小，故a、c 均錯(cuò)誤；而垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，寬度是不隨速度而變化的，因此b 錯(cuò)誤， d 正確；6設(shè)某人在速度為0.5c 的飛船上，打開了一個(gè)光源，就以下說(shuō)法正確選

7、項(xiàng) a飛船正前方地面上的觀看者看到這一光速為1.5cb飛船正后方地面上的觀看者看到這一光速為0.5c c在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀看者看到這一光速可能小于c d在地面上任何地方的觀看者看到的光速都是c解析：選 d依據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)“光速不變?cè)怼笨芍赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性系中都是相同的，所以真空中的光速相對(duì)于火箭的速度為c，相對(duì)于地面的速度也為 c；7經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為，一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)由于觀看者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同；但在相對(duì)論理論中，對(duì)桿長(zhǎng)度的說(shuō)法中正確選項(xiàng)a一條沿自身長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小 b一條沿自身長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度與靜止時(shí)桿的長(zhǎng)度相等 c在垂直于自身

8、長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度小于靜止時(shí)的長(zhǎng)度 d假如兩條平行的桿在沿自身的長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)，與它們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀看者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿變長(zhǎng)了解析：選a依據(jù)愛因斯坦的相對(duì)性原理可知在沿桿高速運(yùn)動(dòng)的方向上桿變短了，故a正確， b、d 錯(cuò)誤；但在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上桿不發(fā)生長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，故c 錯(cuò)誤；8宇宙飛船相對(duì)于地面以速度v 做勻速直線飛行，某一時(shí)刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào)，經(jīng)過(guò)t 飛船上的鐘 時(shí)間后，被尾部的接收器收到，就由此可知飛船的固有長(zhǎng)度為a c· tb v· tc c· t ·1v/ c2c td.21v/ c解析：選 a依據(jù)光速不變?cè)砑?/p>

9、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，飛船的長(zhǎng)度為速度與時(shí)間之積；二、非挑選題 共 4 小題， 共 52 分； 解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟；有數(shù)值運(yùn)算的要注明單位9 12 分 如一宇宙飛船對(duì)地以速度v 運(yùn)動(dòng)，宇航員在飛船內(nèi)沿同方向測(cè)得光速為c，問(wèn)在地面上的觀看者看來(lái)，光速應(yīng)為vc 嗎？u v解析：由相對(duì)論速度疊加公式u1c v，式中 u等于 c，代入公式求得光對(duì)地速度vuc2ucvc，結(jié)果同樣符合光速不變?cè)恚? c2答案：在地面上的觀看者看來(lái)，光速是c 不是 v c；10 12分 “世界物理年”決議的作出與愛因斯坦的相對(duì)論時(shí)空觀有關(guān)；依據(jù)愛因斯坦的理論， 一把米尺，在它與觀看者有不同相對(duì)速度的

10、情形下，米尺長(zhǎng)度是不同的，它們之間的關(guān)系如圖2 所示；圖 2由此可知，當(dāng)米尺和觀看者的相對(duì)速度達(dá)到0.8 c c 為光速 時(shí)，米尺長(zhǎng)度大約是 m；在日常生活中，我們無(wú)法覺察到米尺長(zhǎng)度變化的現(xiàn)象，是由于觀看者相對(duì)于米尺的運(yùn)動(dòng)速度 ；解析：由圖可知，當(dāng)橫坐標(biāo)為0.8 c 時(shí)，長(zhǎng)度為0.6 m ；在日常生活中，觀看者相對(duì)于米尺的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速或速度很小；答案： 0.6遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速或速度很小811 14 分 假設(shè)宇宙飛船從地球射出，沿直線到達(dá)月球，距離是3.84 ×10m；它的速度在地球上被測(cè)得為0.30c，依據(jù)地球上的時(shí)鐘，這次旅行要用多長(zhǎng)時(shí)間？依據(jù)宇宙飛船所做的測(cè)量， 地球和月球的

11、距離是多少？怎樣依據(jù)這個(gè)算得的距離，求出宇宙飛船上時(shí)鐘所讀出的旅行時(shí)間？解析：設(shè)地球和月球位于k 系 x 軸，地球位于o處、月球位于l0 處，飛船為k系，相對(duì) k 系以速度 v 沿 x 軸正向運(yùn)動(dòng)；地球上的時(shí)鐘顯示的旅行時(shí)間為 t l0/ v4.27 s8在飛船上測(cè)量地、月距離l 時(shí)， k系的l0 是固有長(zhǎng)度，由“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)：l2vl01c3.66 ×10m飛船上的時(shí)鐘顯示的旅行時(shí)間為 t l/ v4.07 s t t ，即“動(dòng)鐘變慢”，對(duì)于飛船而言， “離開地球”和“到達(dá)月球”兩大事都發(fā)生在飛船上，所以飛船時(shí)鐘顯示的時(shí)間間隔是“固有時(shí)”；8答案： 4.27 s3.66 ×10m4.07 s 81214 分 介子是一不穩(wěn)固粒子， 平均壽命是2.6 ×10s 在它自己參考系中測(cè)得 ；(1) 假如此粒子相對(duì)于試驗(yàn)室以0.8 c 的速度運(yùn)動(dòng)， 那么在試驗(yàn)室坐標(biāo)系中測(cè)量的 介子壽命多長(zhǎng)