高中物理人教版4第十五章相對論簡介 課時(shí)訓(xùn)練21相對論的誕生時(shí)間和空間的相對性

課時(shí)訓(xùn)練21相對論的誕生時(shí)間和空間的相對性題組一狹義相對論1.下列幾種說法:(1)所有慣性系統(tǒng)對物理基本規(guī)律都是等價(jià)的。(2)在真空中,光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。(3)在任何慣性系中,光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同。其中哪些是正確的()A.只有(1)(2)是正確的B.只有(1)(3)是正確的C.只有(2)(3)是正確的D.三種說法都是正確的解析:狹義相對論認(rèn)為:物體所具有的一些物理量可以因所選參考系的不同而不同,但它們在不同的參考系中所遵從的物理規(guī)律卻是相同的,即(1)(2)都是正確的。光速不變原理認(rèn)為:光在真空中沿任何方向的傳播速度都是相同的。答案:D2.(多選)如果牛頓定律在參考系A(chǔ)中成立,而參考系B相對于A做勻速直線運(yùn)動(dòng),則在參考系B中()A.牛頓定律也同樣成立B.牛頓定律不能成立和B兩個(gè)參考系中,一切力學(xué)規(guī)律都是相同的D.參考系B也是慣性參考系答案:ACD3.(多選)設(shè)某人在以速度為飛行的飛船上,打開一個(gè)光源,則下列說法正確的是()A.飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為B.飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為C.在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是cD.在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c解析:由愛因斯坦的狹義相對論可得,真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,故正確答案為C、D。答案:CD4.著名物理學(xué)家“開爾文勛爵”威廉·湯姆孫曾自信地宣稱:“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成”,但也承認(rèn),“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人不安的烏云”。他指的科學(xué)大廈是

,兩朵烏云是

。

答案:以經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、電磁理論為主要內(nèi)容的物理學(xué)形成了完整的科學(xué)體系一是黑體輻射,二是光的速度題組二時(shí)間和空間的相對性5.(多選)下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀,正確的是()A.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中,同時(shí)是絕對的,即在一個(gè)參考系中的觀察者在某一時(shí)刻觀察到的兩個(gè)事件,對另一參考系中的觀察者來說也是同時(shí)發(fā)生的B.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中,時(shí)間間隔是絕對的,即任何事件(或物體的運(yùn)動(dòng))所經(jīng)歷的時(shí)間,在不同的參考系中測量都是相同的,而與參考系的選取無關(guān)C.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中,空間距離是絕對的,即如果各個(gè)參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同,那么空間兩點(diǎn)距離是絕對的不變的量值,而與參考系選取無關(guān)D.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀就是一個(gè)絕對的時(shí)空觀,時(shí)間與空間、物體的運(yùn)動(dòng)無關(guān)答案:ABCD6.有關(guān)經(jīng)典時(shí)空觀與相對論時(shí)空觀的說法正確的是()A.經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間、空間距離以及物體的質(zhì)量都是絕對的B.相對論時(shí)空觀是對經(jīng)典時(shí)空觀的全盤否定C.相對論時(shí)空觀認(rèn)為看似同時(shí)發(fā)生事件其實(shí)不管選擇什么參考系都是不同時(shí)的D.相對論時(shí)空觀認(rèn)為物體的質(zhì)量可以變化,可是生活中沒有感覺到物體質(zhì)量變化,說明相對論時(shí)空觀是錯(cuò)誤的解析:經(jīng)典時(shí)空觀又稱絕對時(shí)空觀,包括時(shí)間、空間距離以及物體的質(zhì)量都是絕對的,故A對;相對論的提出是對經(jīng)典時(shí)空觀的補(bǔ)充和更深的認(rèn)識(shí),并不是完全否定了經(jīng)典時(shí)空觀,故B錯(cuò);“同時(shí)的相對性”的理解應(yīng)是選擇不同的參考系,某事件的發(fā)生可能不同時(shí),這與參考系有關(guān),并不是說一定不同時(shí),C錯(cuò);現(xiàn)實(shí)生活中沒注意到質(zhì)量的變化不是說相對論是錯(cuò)誤的,根據(jù)相對論時(shí)空觀,那是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中物體的質(zhì)量變化太小,基本上可以忽略。答案:A7.如圖所示,地面上A、B兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生。對于坐在火箭中沿兩個(gè)事件發(fā)生地點(diǎn)連線飛行的人來說,哪個(gè)事件先發(fā)生?解析:可以設(shè)想,在事件A發(fā)生時(shí)A處發(fā)出一個(gè)閃光,事件B發(fā)生時(shí)B處發(fā)出一個(gè)閃光?！皟砷W光相遇”作為一個(gè)事件,發(fā)生在線段AB的中點(diǎn),這在不同的參考系中看都是一樣的?！跋嘤鲈谥悬c(diǎn)”這個(gè)現(xiàn)象在以地面為參考系中很容易解釋:兩個(gè)閃光傳播的速度又一樣,當(dāng)然在線段的中點(diǎn)相遇?；鸺系娜藙t有如下推理:地面在向火箭的方向運(yùn)動(dòng),從閃光發(fā)生到兩閃光相遇,線段中點(diǎn)向火箭的方向運(yùn)動(dòng)了一段距離,因此閃光B傳播的距離比閃光A長些。既然兩個(gè)閃光的光速相同,一定是閃光B發(fā)生得早一些。答案:B事件先發(fā)生8.設(shè)想一宇宙飛船以v=的速率相對于地球運(yùn)動(dòng),若飛船上宇航員用計(jì)時(shí)器測他吃一頓飯用去10min,地球上的觀測者測他吃一頓飯用去多少時(shí)間?解析:宇航員在運(yùn)動(dòng)的飛船上用了Δt'=10min,在地面上用Δt,則根據(jù)公式有Δt==min。答案:min(建議用時(shí):30分鐘)1.(多選)關(guān)于狹義相對論的兩個(gè)假設(shè),下列說法正確的是()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答案:AC2.如圖所示,強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為(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。強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò),則壯壯觀測到該光束的傳播速度為() 解析:真空中的光速在不同的慣性參考系中都相同。答案:D3.如圖所示,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,列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()A.同時(shí)被照亮 先被照亮先被照亮 D.無法判斷解析:當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光,同時(shí)到達(dá)A、C兩鐵塔被反射,但列車沿AC方向以接近光速行駛,經(jīng)鐵塔A反射的光相對列車的速度遠(yuǎn)小于經(jīng)鐵塔C反射的光相對列車的速度,經(jīng)鐵塔C反射的光先到達(dá)觀測者,看到C先被照亮,C正確。答案:C、B兩架飛機(jī)沿地面上一足球場的長度方向在其上空高速飛過,且vA>vB,在飛機(jī)上的人觀察結(jié)果正確的是()飛機(jī)上的人觀察到足球場的長度比B飛機(jī)上的人觀察到的大飛機(jī)上的人觀察到足球場的寬度比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的長度相同D.兩飛機(jī)上的人觀察到足球場的寬度相同解析:因?yàn)楫?dāng)一個(gè)慣性系的速度比較大時(shí),根據(jù)l=l0知,足球場的長度沿飛行方向減小,而且速度越大,長度越小,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。答案:D5.話說有兄弟兩個(gè),哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空,經(jīng)過一段時(shí)間返回地球,哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多,則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是()A.哥哥在太空中發(fā)生了基因突變,停止生長了B.弟弟思念哥哥而加速生長了C.由相對論可知,物體速度越大,在其上時(shí)間進(jìn)程就越慢,生理過程也越慢D.這是神話,科學(xué)無法解釋解析:根據(jù)相對論的時(shí)間延緩效應(yīng),當(dāng)飛船速度接近光速時(shí),時(shí)間會(huì)變慢,時(shí)間延緩效應(yīng)對生命過程、化學(xué)反應(yīng)等也是成立的。飛船運(yùn)行的速度越大,時(shí)間延緩效應(yīng)越明顯,人體新陳代謝越緩慢。答案:C6.如圖所示,假設(shè)一根10m長的梭鏢以光速穿過一根10m長的管子,它們的長度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測量的。以下敘述中最好地描述梭鏢穿過管子的情況的是()A.梭鏢收縮變短,因此在某些位置上,管子能完全遮住它B.管子收縮變短,因此在某些位置上,梭鏢從管子的兩端伸出來C.兩者都收縮,且收縮量相等,因此在某個(gè)位置,管子恰好遮住梭鏢D.所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)解析:如果你是在相對于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)動(dòng)著的梭鏢,那么梭鏢看起來就比管子短,在某些位置梭鏢會(huì)完全處在管子內(nèi)部。然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)動(dòng)時(shí),你看到的管子就縮短了,所以在某些位置,你可以看到梭鏢兩端都伸出管子,正確答案為D。答案:D7.下列說法中正確的是()A.相對性原理能簡單而自然地解釋電磁學(xué)的問題B.在真空中,若物體以速度v背離光源運(yùn)動(dòng),則光相對物體的速度為c-vC.在真空中,若光源向著觀察者以速度v運(yùn)動(dòng),則光相對于觀察者的速度為c+vD.邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果是:不論光源與觀察者做怎樣的相對運(yùn)動(dòng),光速都是一樣的解析:相對性原理簡單而自然,但在電磁學(xué)的領(lǐng)域里,涉及相對哪個(gè)參考系才成立的問題,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)狹義相對論的光速不變原理知,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤,D正確。答案:D8.一觀察者測得運(yùn)動(dòng)著的米尺為m長,求此米尺以多大的速度移動(dòng)。解析:以觀察者為一參考系測得的長度為l,米尺為另一參考系,測得米尺的長度為l',根據(jù)公式l=l',可得v=cc=×108m/s,l'=1m,l=m所以:v==×108m/s。答案:×108m/s9.(1)以8×103m/s的速度運(yùn)行的人造衛(wèi)星上一只完好的手表走過1min,地面上的人認(rèn)為它走過這1min“實(shí)際”上花去的時(shí)間是多少?(2)若衛(wèi)星以(c為真空中的光速)的速度在太空中飛行,其中一只完好的手