2018學(xué)年高中物理 第六章 相對論相對論簡介習(xí)題 教科版選修3-4.doc

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相對論簡介 一、選擇題 1．下列幾種說法： （1）所有慣性系統(tǒng)對物理基本規(guī)律都是等價的． （2）在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動狀態(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． 關(guān)于上述說法（ ）． 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 2．通常我們把地球和相對地面靜止或勻速運(yùn)動的物體參考系看成是慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則屬于非慣性系的有（ ）． A．停在地面上的汽車 B．繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛船 C．在大海上勻速直線航行的輪船 D．進(jìn)站時減速行駛的火車 3．如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0.9 c（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)，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為（ ）． A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c 4．一列火車以接近光的速度從我們身邊飛馳而過，下列說法中正確的是（ ）． A．我們感到車廂和車窗的高度都變高了 B．我們感到車廂和車窗的高度都變矮了 C．我們感到車廂的前后壁的距離都變小了 D．車上的人認(rèn)為車上與車下的情況都與往常一樣 5．A、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（ ）． A．A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 B．A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 6．某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這路程縮短為3光年，則他所乘飛船相對地球的速度為（ ）． A．0.5c B．0.6c C．0.8c D．0.9c 7．次級宇宙射線中有一種粒子叫μ子，壽命只有3.0μs，其速度約為0.99c，在它的壽命之內(nèi)運(yùn)動的距離只有約890 m，但它生成的高度在100 km以上，并且地面上能觀測到宇宙射線中有許多μ子，針對這一現(xiàn)象，下列說法正確的是（ ）． A．地面上的觀測者觀測到的μ子的壽命比3.0μs長得多，故能射到地面 B．隨μ子一起運(yùn)行的觀測者測到大氣層厚度比100 km薄得多，故能射到地面 C．地面上的觀測者觀察到大氣厚度比100km薄很多，故能射到地面 D．隨μ子一起運(yùn)行的觀測者觀測到斗子的壽命比3.0μs長得多，故能射到地面 8．慣性系S中有一邊長為的正方形（如圖所示），從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得該正方形的圖像是（ ）． 9．屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中（ ）． A．真空中光速不變 B．時間間隔具有相對性 C．物體的質(zhì)量不變 D．物體的能量與質(zhì)量成正比 10．下列說法中正確的是（ ）． A．在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義相對性原理 B．在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓定律僅適用于慣性參考系 C．一個均勻的引力場與一個做勻速運(yùn)動的參考系等價，這就是著名的等效原理 D．一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等價，這就是著名的等效原理 11．若宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒有任何聯(lián)系，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)飛船內(nèi)沒有支撐的物體都以某一加速度落向艙底，由此，他作出如下判斷中，正確的說法是（ ）． A．此飛船一定是停在某個星球的表面上 B．此飛船一定是正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行 C．此飛船可能是停在某個星球的表面上，也可能是正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行 D．此飛船可能在遠(yuǎn)離任何天體的空間中勻速飛行 12．在平面軌道上運(yùn)動的火車上有一張水平放置的桌子，桌上放一小球，不計摩擦．如果火車向前做勻加速直線運(yùn)動，那么小球就會相對于火車向后加速運(yùn)動，下列說法正確的是（ ）． A．加速運(yùn)動的火車是個非慣性參考系，它不能應(yīng)用牛頓定律來解釋該現(xiàn)象 B．牛頓定律在以加速運(yùn)動的火車作參考系時也能應(yīng)用 C．在非慣性參考系中引入一種形式上的慣性力后，便能很好地解釋該現(xiàn)象 D．慣性力只有受力物體而沒有施力物體，其方向與非慣性系的加速度方向相反 13．宇宙飛船在星際飛行時，宇航員發(fā)現(xiàn)從手中自由釋放的小球能夠自由落下，已知小球不受到明顯的引力作用下，下列說法正確的是（ ）． A．飛船可能正在向上加速運(yùn)動 B．飛船可能正在向上減速運(yùn)動 C．飛船可能正在向下加速運(yùn)動 D．慣性力使小球向下加速運(yùn)動 14．在引力可以忽略的空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動，一束光垂直于運(yùn)動方向在飛船內(nèi)傳播，下列說法中正確的是（ ）． A．船外靜止的觀察者看到這束光是沿直線傳播的 B．船外靜止的觀察者看到這束光是沿曲線傳播的 C．航天員以飛船為參考系看到這束光是沿直線傳播的 D．航天員以飛船為參考系看到這束光是沿曲線傳播的 二、填空題 15．在經(jīng)典力學(xué)中，________是力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)，如果牛頓運(yùn)動定律在某個參考系中成立，這個參考系就叫做________． 16．狹義相對論的兩個基本假設(shè)是________． 17．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(guān)系如圖．由此可知，當(dāng)米尺和觀察者的相對速度達(dá)到0.8c（c為光速）時，米尺長度大約是________米．在日常生活中，我們無法察覺到米尺長度變化的現(xiàn)象，是因?yàn)橛^察者相對于米尺的運(yùn)動速度________． 三、解答題 18．麥克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)說明了什么？ 19．假若你坐在火車中，在車廂地板上有一光滑的小球．在某段時間內(nèi)，球相對于你不滾動，則此時的火車能否看成是慣性參考系？若某段時間內(nèi)，你發(fā)現(xiàn)球加速離你而去，則此時的火車能否看成是慣性參考系？ 20．如圖所示，在地面上M點(diǎn)固定一光源，在離光源等距的A、B兩點(diǎn)上固定有兩個光接收器，今使光源發(fā)出一閃光，問： （1）在地面參考系中觀測，誰先接收到光信號？ （2）在沿AB方向高速運(yùn)動的火車參考系中觀測，誰先接收到光信號？ 21．一張宣傳畫是邊長為5 m的正方形，一高速列車以2108 m／s的速度接近此宣傳畫，在司機(jī)看來，這張宣傳畫是什么樣子？ 22．假如有一對孿生兄弟A和B，其中B乘坐速度為v=0.9c的火箭飛往大角星（牧夫座）而后又飛回地球．根據(jù)A在地球上的觀測，大角星離地球有40萬光年遠(yuǎn)，這次B往返飛行經(jīng)歷時間為80.8年．如果B在離開地球時，他們的年齡都為20歲，試問當(dāng)B回到地球時，他們的年齡各有多大？ 知能提升突破 23．一宇宙飛船以速度v1=0.75c離開地球，然后從飛船上沿離開地球的方向發(fā)射火箭，相對速度v2=0.75c，問火箭對地球的速度是多少？ 24．有一基本粒子，其質(zhì)量為靜質(zhì)量的10倍，試求其速度． 25．一個電子被電壓為106 V的電場加速后，其質(zhì)量為多少？速率為多大？ 26．地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5108 m／s從他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0108 m／s跟隨A飛行．求： （1）A上的乘客看到B的相對速度． （2）B上的乘客看到A的相對速度． 27．根據(jù)牛頓第二定律，物體在恒力作用下由靜止開始做加速運(yùn)動，可以獲得超過光速的速度，這種分析有什么不對？ 28．有人說物體燃燒釋放出的能量就是靜質(zhì)能（m0c2），又有人說核反應(yīng)釋放出的能量是等于靜質(zhì)能（m0c2），你說對嗎？ 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】D 【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適從的物理規(guī)律卻是相同的，即（1）（2）都是正確的．光速不變原理認(rèn)為：在不同的慣性參考系中，一切物理定律部是相同的．即光在真空中沿任何方向的傳播速度都是相同的． 2．【答案】B、D 【解析】繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛船相對地面有向心加速度．進(jìn)站時減速行駛的火車相對于地面也有加速度 3．【答案】D 【解析】由光速不變原理知光速與參考系的選取無關(guān)，D項(xiàng)正確． 4．【答案】C 5．【答案】D 【解析】因?yàn)楫?dāng)一個慣性系的速度比較大時，根據(jù)知，沿飛行方向長度減小，而且速度越大，長度越小，故A、C均錯誤：而垂直于運(yùn)動方向上，寬度是不隨速度而變化的，因此B錯誤．D正確． 6．【答案】C 【解析】由，且可得：，故只有C正確． 7．【答案】A、B 8．【答案】C 【解析】由相對論知識可知，沿運(yùn)動方向，物體的長度將變短，而其他方向物體長度不會發(fā)生變化，因此，C正確，A、B、D錯誤． 9．【答案】A 【解析】狹義相對論的兩條假設(shè)分別是：在任何慣性系中真空中的光速不變和一切物理規(guī)律相同． 10．【答案】A、D 11．【答案】C 12．【答案】A、C、D 13．【答案】A、D 14．【答案】A、D 二、填空題 15．【答案】牛頓運(yùn)動定律 慣性系 16．【答案】狹義相對性原理和光速不變原理 17．【答案】0.6 太小 【解析】由圖可以對應(yīng)看出，米尺的長度大約為0.6 m，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?yàn)橛^察者相對于米尺的運(yùn)動速度太小的緣故． 三、解答題 18．【答案】見解析 【解析】說明光沿任何方向傳播時，相對于地球的速度是相同的． 19．【答案】見解析 【解析】當(dāng)球不滾動時，符合牛頓運(yùn)動定律．能把火車看成慣性參考系．當(dāng)球加速滾動時，由于球只受重力和支持力作用，所受合力為零，因此不符合牛頓運(yùn)動定律，不能把火車看成慣性參考系． 20．【答案】見解析 【解析】（1）因光源離A、B兩點(diǎn)等距，光向A、B兩點(diǎn)傳播速度相等，則光到達(dá)A、B兩點(diǎn)所需要的時間相等，即在地面參考系中觀測．兩接收器同時收到光信號．（2）對于火車參考系來說，光源和A、B兩接收器都沿BA方向運(yùn)動，當(dāng)光源發(fā)出的光向A、B傳播時，A和B都沿著BA方向運(yùn)動了一段距離到達(dá)A＇和B＇，如圖所示，所以光到達(dá)A＇的距離更長，到達(dá)B＇的距離更短，即在火車參考系中觀測，B比A先收到信號． 21．【答案】見解析 【解析】在垂直于列車運(yùn)動的方向上，畫的高度不變；在沿列車運(yùn)動的方向，由“長度收縮”效應(yīng)：．故在司機(jī)看來，畫高5 m，寬3.7 m． 22．【答案】見解析 設(shè)B在火箭慣性系中經(jīng)歷的時間為t＇，根據(jù)尺縮效應(yīng)得，即，解得t＇=35.2年．所以B回到地球時的年齡為20+35.2=55.2（歲）． 23．【答案】0.96c 【解析】． 24．【答案】0.995c 【解析】由，可得v=0.995 c． 25．【答案】見解析 【解析】Ek=eU=1.610－19106 J=1.610一6 J．Ek=mc2－m0c2， ． 由，得． 26．【答案】見解析 【解析】（1）A上的乘客看地以－2.5108 m／s向后運(yùn)動，B在地面看以2.0108 m／s向前運(yùn)動，則A上乘客看B的速度為． （2）B看A則相反為1.125108 m／s． 27．【答案】見解析 【解析】物體在恒力作用下加速時，m會增加．當(dāng)v趨近光速c時，質(zhì)量m趨于無窮大，物體的加速度趨近于零．物體速率實(shí)際上不會再增加，故說法不對． 28．【答案】見解析 【解析】不對．1 kg物體所包含的靜質(zhì)能有91016 J，而1 kg汽油的燃燒值為4.6107 J，這只是靜質(zhì)能的二十億分之一，而核能約占它總靜質(zhì)能的8.510－4，因而物體燃燒、核變化釋放出的能量都只是靜質(zhì)能中極小的一部分．