2020高中物理 20 相對(duì)論的誕生 時(shí)間和空間的相對(duì)性（含解析）-4

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE8-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課時(shí)分層作業(yè)(二十）（限時(shí)40分鐘)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè),下列說(shuō)法正確的是（）A．在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B．在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣C．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的D．真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的E．物體的位移、速度以及電場(chǎng)強(qiáng)度等物理量可能因所選擇的參考系的不同而不同，但是它們所遵從的物理規(guī)律卻是同樣的ACE[狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)分別是狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)恚x項(xiàng)A、C、E正確．］2．根據(jù)經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理,下列結(jié)論正確的是（)A．任何力學(xué)規(guī)律在慣性系中都是相同的B．同一力學(xué)規(guī)律在不同的慣性系中可能不同C．在一個(gè)慣性參考系里不能用力學(xué)實(shí)驗(yàn)判斷該參考系是否在勻速運(yùn)動(dòng)D．在一個(gè)慣性參考系里可以用力學(xué)實(shí)驗(yàn)判斷該參考系是否在勻速運(yùn)動(dòng)E．如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系叫做慣性系，相對(duì)于一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系A(chǔ)CE［經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理是力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，故A、C、E正確，B、D錯(cuò)誤．]3．在地面附近有一高速飛過(guò)的火箭，關(guān)于地面上的人和火箭中的人觀察到的現(xiàn)象，以下說(shuō)法正確的是(）A．地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變快了B．地面上的人觀察到火箭變短了,火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了C．火箭上的人觀察到火箭的長(zhǎng)度和時(shí)間進(jìn)程均無(wú)變化D．火箭上的人看到地面上的物體長(zhǎng)度變小，時(shí)間進(jìn)程變慢了E．火箭上的人觀察到火箭的長(zhǎng)度和時(shí)間進(jìn)程均有變化BCD［根據(jù)“尺縮效應(yīng)”“動(dòng)鐘變慢”原理，地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了，A錯(cuò)誤,B正確；根據(jù)相對(duì)性，火箭上的人看到地面上的物體長(zhǎng)度變小，時(shí)間進(jìn)程變慢了,D正確；火箭上的人與火箭之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),故火箭上的人觀察到火箭的長(zhǎng)度和時(shí)間進(jìn)程均無(wú)變化，C正確，E錯(cuò)誤．］4．A、B兩架飛機(jī)沿地面上一足球場(chǎng)的長(zhǎng)軸方向在其上空高速飛過(guò)，且vA＞vB，對(duì)于在飛機(jī)上的人觀察結(jié)果，下列說(shuō)法正確的是（)A．A飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比B飛機(jī)上的人觀察到的大B．A飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比B飛機(jī)上的人觀察到的小C．兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度相同D．兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的寬度相同E．A飛機(jī)上的人觀察B飛機(jī)的長(zhǎng)度和時(shí)間進(jìn)程均有微小變化BDE[由l＝l0eq\r（1－\b\lc\(\rc\)（\a\vs4\al\co1(\f（v,c)))2)（其中l(wèi)0是相對(duì)足球場(chǎng)靜止時(shí)的長(zhǎng)度），可以看出，速度越大，“動(dòng)尺變短”的效應(yīng)越明顯,選項(xiàng)B正確；但是足球場(chǎng)的短軸與飛機(jī)速度方向垂直,所以兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的寬度相同．因A、B兩飛機(jī)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以D、E正確．］5．如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0。9c(c為光速）的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0。5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測(cè)到該光束的傳播速度為_(kāi)_______．［解析]由狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：光速不變?cè)?，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的．[答案]c6．人馬星座α星是離太陽(yáng)系最近的恒星，它距地球4.3×1016m.設(shè)有一宇宙飛船往返于地球和人馬星座α星之間．若宇宙飛船的速度為0。999c，按地球上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需多少時(shí)間?如以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間又為多少？［解析］以地球上的時(shí)鐘計(jì)算Δt＝eq\f(s，v)＝eq\f(2×4。3×1016,0。999×3×108）s≈2。87×108s≈9年；若以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算：因?yàn)棣＝eq\f(Δt′,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c）））2))，所以得Δt′＝Δteq\r(1－\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1（\f（v,c))）2)＝2.87×108×eq\r(1－0.9992)s≈1。28×107s≈0。4年．［答案］9年0。4年．7．地面上長(zhǎng)100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度掠過(guò),則火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少?如果火箭的速度達(dá)到0。6c，則火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少？［解析]當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長(zhǎng)度基本不變，還是100km。當(dāng)火箭的速度達(dá)到0.6c時(shí),由相對(duì)論長(zhǎng)度公式l＝l0eq\r(1－\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f(v，c)）)2)代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l＝100×eq\r(1－0.62）km＝80km。［答案］100km80km8．有一太空船以0。8c的速度飛越“月球太空站”．一科學(xué)家在月球上量得運(yùn)動(dòng)中的太空船長(zhǎng)度為200m，此太空船最后在月球上登陸，此科學(xué)家再度測(cè)量靜止的太空船的長(zhǎng)度，他測(cè)量的結(jié)果如何?[解析］在月球上測(cè)得運(yùn)動(dòng)的飛船的長(zhǎng)度為l，靜止飛船的長(zhǎng)度為l0，依據(jù)狹義相對(duì)論的長(zhǎng)度收縮效應(yīng)關(guān)系式，有l(wèi)＝l0eq\r（1－\b\lc\(\rc\)（\a\vs4\al\co1(\f（v，c)))2）所以l0＝eq\f(lc,\r(c2－v2)）＝eq\f（200c,\r（c2－0。82c2））m≈333m.[答案］333m[能力提升練]9．在某地發(fā)生兩件事，靜止位于該地的甲測(cè)得時(shí)間間隔為4s，若相對(duì)甲做勻速直線運(yùn)動(dòng)的乙測(cè)得時(shí)間間隔為5s,則乙相對(duì)于甲的運(yùn)動(dòng)速度是多少？［解析］由題意可知，Δt′＝4s,Δt＝5s，由公式Δt＝eq\f（Δt′,\r（1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c))）2))得v＝eq\r(1－\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f（Δt′,Δt））)2)c＝eq\f（3,5）c.［答案]eq\f(3,5)c10．如圖所示，你站在水平木桿AB的中央附近，并且看到木桿落在地面上時(shí)是兩端同時(shí)著地的，所以，你認(rèn)為這木桿是平著落到了地面上;若此時(shí)飛飛小姐正以接近光速的速度從你前面掠過(guò),她看到B端比A端先落地，因而她認(rèn)為木桿是向右傾斜著落地的．她的看法是________的．（填“正確"或“錯(cuò)誤"）．[解析］當(dāng)飛飛小姐掠過(guò)木桿時(shí)，在她看來(lái)，木桿不僅在下落,而且還在朝她運(yùn)動(dòng)，正好像星體朝你的飛船運(yùn)動(dòng)一樣．因此，在你看來(lái)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在飛飛小姐看來(lái)首先在B端發(fā)生．到底在A和B處的兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生，還是在B處先發(fā)生？這一問(wèn)題是沒(méi)有意義的．因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的,對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述取決于選擇的參考系．對(duì)于你來(lái)說(shuō)木桿是平著下落的，對(duì)飛飛小姐來(lái)說(shuō)木桿是向右斜著下落的，雖然難以置信，但你和她都是正確的．［答案]正確11．帶正電的π介子是一種不穩(wěn)定的粒子,當(dāng)它靜止時(shí)，平均壽命為2。5×10－8s，然后就衰變?yōu)橐粋€(gè)μ子和一個(gè)中微子．今有一束π介子，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得它的速率為u＝0.99c，并測(cè)出它從產(chǎn)生到衰變通過(guò)的平均距離為52m。(1）問(wèn)這些測(cè)量結(jié)果是否一致？（2)計(jì)算相對(duì)于π介子靜止的參考系中π介子的平均壽命是多少?[解析］(1）根據(jù)時(shí)間間隔的相對(duì)性，當(dāng)π介子以u(píng)＝0。99c的速率相對(duì)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)動(dòng)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的平均壽命應(yīng)為Δt＝eq\f（Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1（\f(u,c)））2）)＝eq\f（2.5×10－8,\r(1－0。992))s≈1.8×10－7s.在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得π介子通過(guò)的平均距離約為d＝uΔt＝0。99×3.0×108×1.8×10－7m≈53m,考慮到實(shí)驗(yàn)誤差，這一計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果一致．(2）在相對(duì)π介子靜止的參考系中觀察，實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)動(dòng)速率為u＝0。99c，而在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得π介子通過(guò)的距離為l0＝52m，則在相對(duì)π介子靜止的參考系中測(cè)得實(shí)驗(yàn)室通過(guò)的距離為l＝l0eq\r（1－\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(u,c)))2)＝52×eq\r（1－0.992)m＝7.3m．實(shí)驗(yàn)室通過(guò)l所用的時(shí)間就是π介子從產(chǎn)生到衰變的時(shí)間，即π介子的平均壽命為Δt＝eq\f(l，u）＝eq\f(7。3，0.99×3.0×108）s＝2。5×10－8s。［答案］(1）一致（2）2。5×10－8s12．宇宙射線中有一種叫做μ子的粒子，在與μ子相對(duì)靜止的慣性參考系中觀測(cè)到,它平均經(jīng)過(guò)2×10－6s（其固有壽命）就衰變?yōu)殡娮雍椭形⒆樱?，這種μ子在大氣中運(yùn)動(dòng)的速度非常大,可以達(dá)到v＝2.994×108m/s＝0。998c.請(qǐng)分析，μ子在大氣中可以運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)的距離?[解析］已知Δt′＝2×10－6s，v＝2。994×108m/s.如果按照經(jīng)典物理來(lái)看,μ子從產(chǎn)生到衰變的這段時(shí)間里平均