高中物理粵教版4第五章相對論單元測試 2023版第5章質(zhì)量測評5

質(zhì)量測評(五)(時間：90分鐘滿分100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題5分，共50分．有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確，把正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi))1．如圖1所示，假設一輛由超強力電池供電的摩托車和一輛普通有軌電車，都被加速到接近光速；在我們的靜止參考系中進行測量，哪輛車的質(zhì)量將增大()圖1A．摩托車 B．有軌電車C．兩者都增加 D．都不增加【解析】在相對論中普遍存在一種誤解，即認為運動物體的質(zhì)量總是隨速度增加而增大；當速度接近光速時，質(zhì)量要趨于無窮大．其實物體質(zhì)量增大只是發(fā)生在給它不斷輸入能量的時候，而不一定是增加速度的時候．對有軌電車，能量通過導線從發(fā)電廠源源不斷輸入；而摩托車的能源卻是它自己帶的．能量不斷從外界輸入有軌電車，但沒有能量從外界輸給摩托車．能量對應于質(zhì)量，所以有軌電車的質(zhì)量將隨速度增加而增大，而摩托車的質(zhì)量不會隨速度增加而增大．【答案】B2．你站在一根長木桿的中央附近，并且看到木桿落在地上時是兩頭同時著地(如圖2所示)．所以，你認為這木桿是平著落到了地上．假設此時小紅正以接近光速的速度從木桿前面掠過，她看到B端比A端先落到地，因而她認為木桿是向右傾斜著落地的．她的看法是()圖2A．對的B．錯的C．她應感覺到木桿在朝她運動D．她應感覺到木桿在遠離她運動【解析】當小紅以光速大小掠過木桿時，在她看來，木桿不僅在下落，而且還在朝她運動，正好像星體朝你的飛船運動一樣．因此，在你看來同時發(fā)生的兩件事，在小紅看來首先在B端發(fā)生．【答案】AC3．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，以下說法錯誤的是()A．任何核反應，只要伴隨能量的產(chǎn)生，則反應前后各物質(zhì)的質(zhì)量和一定不相等B．太陽不斷地向外輻射能量，因而太陽的總質(zhì)量一定不斷減小C．雖然太陽不斷地向外輻射能量，但它的總質(zhì)量是不可改變的D．若地球從太陽獲得的能量大于地球向外輻射的能量，則地球的質(zhì)量將不斷增大【答案】C4．根據(jù)相對論判斷下列說法正確的是()A．狹義相對論全面否定了經(jīng)典力學理論B．如果物體在地面上靜止不動，任何人在任何參考系里面測出物體的長度都是一樣的C．由E＝mc2可知，質(zhì)量可轉(zhuǎn)變成能量．D．物體速度越大，質(zhì)量也變得越大【解析】狹義相對論并沒有全面否定經(jīng)典力學理論，經(jīng)典力學是狹義相對論在低速情況下的特例，故A錯；物體長度的測量結果與觀察者所在的參考系有關，B錯；E＝mc2只說明物體的能量E與其速度v有對應關系，并不是質(zhì)量能轉(zhuǎn)化為能量，故C錯；相對論質(zhì)速關系式表明物體速度越大，其質(zhì)量越大，D對．【答案】D5．下面的說法中正確的是()A．因為時間是絕對的，所以我們在不同的參考系中觀察到的時間進程都是相同的B．空間與時間之間是沒有聯(lián)系的C．有物質(zhì)才有空間和時間D．在一個確定的參考系中觀察，運動物體的空間距離和時間進程跟物體的運動狀態(tài)有關【解析】經(jīng)典物理學認為空間和時間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對的，空間與時間之間也是沒有聯(lián)系的，其實是錯誤的，故A、B錯誤．因為相對論中空間和時間與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關，在長度的相對性和時間的相對性上都得到了驗證．【答案】CD6．下列幾種說法：(1)所有慣性系中基本規(guī)律都是等價的；(2)在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關；(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．其中哪些說法是正確的()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】根據(jù)狹義相對論知(1)(2)(3)都正確．【答案】D7．關于質(zhì)量和長度下列說法中正確的是()A．物體的質(zhì)量與位置、運動狀態(tài)無任何關系，是物質(zhì)本身的屬性B．物體的質(zhì)量與位置、運動狀態(tài)有關，只是在速度較低的情況下，變化忽略不計C．物體的長度與運動狀態(tài)無關，是物質(zhì)本身的屬性D．物體的長度與運動狀態(tài)有關，只是在速度較低的情況下，變化忽略不計【解析】物體長度、質(zhì)量都與物體運動狀態(tài)有關，只有在速度較低時變化可忽略．【答案】BD8．如圖3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，當鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()圖3A．同時被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．無法判斷【解析】因列車沿AC方向接近光速行駛，根據(jù)“同時”的相對性，即前邊的事件發(fā)生，后邊的事件后發(fā)生可知C先被照亮，答案為C.【答案】C9．A、B兩火箭沿地面上一足球場的長軸方向在其上空高速飛過，且vA>vB，在火箭上的人觀察結果正確的是()A．A火箭上的人觀察到足球場的長度比B火箭上的人觀察到的大B．A火箭上的人觀察到足球場的長度比B火箭上的人觀察到的小C．兩火箭上的人觀察到的足球場的長度相同D．兩火箭上的人觀察到的足球場的寬度相同【解析】因為當一個慣性系的速度比較大時，符合l＝l′eq\r(1－\f(v2,c2))，速度越大，l越小．因為vA>vB，所以lA<lB.【答案】BD10．用相對論的觀點判斷下列說法是否正確()A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變B．在地面上的人看來，以10km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變快，但是飛船中的宇船員卻看到時鐘可能是準確的C．在地面上的人看來，以10km/s的速度運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些D．當物體運動的速度v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計【解析】由l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))兩處的人都感覺l<l0，由Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v2,c2)))，l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))，在v?c時，Δt≈Δt′，l≈l0.【答案】CD二、填空題(12分)11．(12分)根據(jù)愛因斯坦的理論，一把米尺，在它與觀察者有不同相對速度的情況下，米尺長度是不同的，它們之間的關系見圖4.由此可知，當米尺和觀察者的相對速度達到0.8c(c圖4【解析】由圖可以對應看出，米尺的長度大約為0.6m，在日常生活中，我們無法觀察到米尺長度變化的現(xiàn)象，是因為觀察者相對于米尺的運動速度太?。敬鸢浮刻∪?、計算題(共38分，計算題必須有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)12．(10分)一支靜止時長10m的飛行物以3km/s的速度從觀察者的身邊掠過，觀察者測得飛行物的長度應為多少？飛行物上的人測得飛行物的長度應為多少？如果飛行物的速度為光速的三分之一呢？【解析】飛行物相對于飛行物上的人是靜止的，所以不管飛行物的速度是多少，飛行物上的人測得的飛行物長與靜止時相同，為L0＝10m．如果飛行物的速度為v1＝3×103m/s.地面觀察者測得的飛行物長L1為L1＝L0eq\r(1－\f(v1,c)2)＝10×eq\r(1－\f(3×103,3×108)2)m≈10m如果飛行物的速度為v2＝c/3，地面觀察者測得的火箭長L2為L2＝L0eq\r(1－\f(v2,c)2)＝10×eq\r(1－\f(c/3,c)2)m≈9.43m.【答案】10m10m9.43m13．(8分)以8km/s的速度運行的人造衛(wèi)星上一只完好的手表走過了1min，地面上的人認為它走過這1min“實際”上花了多少時間？【解析】Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v,c)2))＝eq\f(1,\r(1－\f(8×103,3×108)2))min＝(1＋×10－10)min【答案】Δt＝(1＋×10－10)min14．(10分)在實驗室中測得以速度0.8c運動的π介子的平均壽命為4×10－8【解析】相對于π介子運動的實驗室中測得π介子的平均壽命為Δt，則相對于π介子靜止的參考系中測得π介子的平均壽命為Δt′＝Δteq\r(1－\f(v2,c2))＝4×10－8×eq\r(1－\f,c)2)s＝×10－8s.【答案】×10－8s15．(10分)電子的靜止質(zhì)量m0＝×10－31kg(1)試用焦和電子伏為單位來表示電子的靜質(zhì)能．(2)靜止電子經(jīng)過106V電壓加速后，其質(zhì)量和速率各是多少？【解析】(1)由質(zhì)能方程得：E＝mc2＝×10－31×(3×108)2J＝×10－14J＝eq\f×10－14,×10－19)eV＝MeV.(2)由能量關系得：eU＝(m－m0)c2，解得m＝eq\f(eU,c2)＋m0＝eq\f×10－19×106,