2019-2020学年高中物理第15章相对论简介第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性练习含解析 人教版选修3-4

2019-2020学年高中物理第15章相对论简介第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性练习含解析 人教版选修3-4

相对论的诞生 时间和空间的相对性 练能力、课后提升 一、选择题 ‎1．(多选)根据伽利略相对性原理，下列结论正确的是(　　)‎ A．力学规律在任何惯性系中都是相同的 B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动 D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动 解析：选AC　在所有惯性系中，一切物理规律都是等价的，故A正确，B错误；在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动，故C正确，D错误．‎ ‎2．(多选)如果物体相对地球做变速运动，则该物体可以看成非惯性系，下列属于惯性系的是(　　)‎ A．地球的同步卫星 B．在车站处于静止状态的动车 C．绕地球做圆周运动的月球 D．围绕地球做匀速圆周运动的“天宫一号”‎ 解析：选AB　绕地球做圆周运动的月球、围绕地球做匀速圆周运动的“天宫一号”相对地球做变加速曲线运动，因此属于非惯性系，C、D错误；地球的同步卫星、处于静止状态的动车相对地球静止，则属于惯性系，A、B正确．‎ ‎3．(多选)小行星以速度v高速飞向地球的同时发出频率为ν的光，则(　　)‎ A．该光相对小行星的速度为c＋v B．该光相对小行星的速度为c C．地球上接收到的小行星所发光的频率大于ν D．地球上接收到的小行星所发光的频率等于ν 解析：选BC　根据狭义相对论可知，光的传播速度不变，因此该光相对小行星的速度等于c，A选项错误，B选项正确；小行星高速靠近地球，由多普勒效应可知，地球上接收到的光的频率大于ν，C选项正确，D选项错误．‎ ‎4．惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x 5‎ 方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是下图中的(　　)‎ 解析：选C　由l＝l0可知沿速度方向即x方向的长度变短了而垂直于速度方向，即y方向边长不变，故C对．‎ ‎5．(多选)下列有关长度的相对性理解正确的是(　　)‎ A．经典物理学家认为物体的长度与物体是否相对观察者运动无关 B．当一直杆沿自身方向运动时长度变小 C．无论直杆沿什么方向运动，直杆的长度均不变 D．当两平行的直杆沿自身方向做相对运动时，则与两直杆共同运动的两观察者认为对方的直杆的长度没变 解析：选AB　经典物理学家认为物体的长度与物体是否相对观察者运动无关，A正确；若直杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变，沿自身的方向运动时长度变小，B正确，C错误；当两平行的直杆沿自身方向做相对运动时，则与两直杆共同运动的两观察者认为对方的直杆的长度变短，D错误．‎ ‎6. (2018·北大附中期中)在静止时测量的弓箭的长度和铝管的长度相同，当弓箭以速度‎0.5c(c为光速)穿过铝管时，下列说法正确的是(　　)‎ A．弓箭的长度变短，所以在某些位置铝管能将弓箭完全遮住 B．铝管的长度变短，所以在某些位置弓箭将从铝管的两端伸出 C．弓箭和铝管都变短且变短的量相同，所以在某些位置铝管刚好能将弓箭完全遮住 D．弓箭和铝管的长度是否发生变化与观察者的运动情况有关 解析：选D　如果观察者是在相对于铝管静止的参考系中观察运动着的弓箭，那么弓箭看起来就比铝管短，在某些位置弓箭会完全在铝管内部，然而当观察者和弓箭一起运动时，观察者看到的铝管就缩短了，所以在某些位置，观察者可以看到弓箭两端都伸出铝管．故D正确．‎ ‎7．(2019·上海市延安中学期末)有两个惯性参考系1和2，彼此相对做匀速直线运动，下列叙述正确的是(　　)‎ A．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了 B．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了 5‎ C．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了 D．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了 解析：选D　时间延缓效应与相对运动的方向无关，在相对某参考系运动的参考系看来，原参考系中的时间变长了，物理过程变慢了，D正确．‎ ‎8．(多选)设某人在以速度为‎0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是 (　　)‎ A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为‎1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为‎0.5c C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 解析：选CD　根据狭义相对论，光速不变原理可知，在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的．即光在真空中沿任何方向的传播速度也是相同的，A、B选项错误，C、D选项正确．‎ ‎9．你站在一根长木杆的中央附近，看到木杆落在地上时两头同时落地，所以你认为这根木杆是平着落到了地上．而此时飞飞小姐正以接近光速的速度从木杆前面掠过，则她看到的现象是(　　)‎ A．A端先落地　　　　　 B．B端先落地 C．同时落地 D．中间部分先落地 解析：选B　在地球参考系中，A、B两端同时落地，而飞飞是运动的参考系，在她看来，沿运动方向靠前的事件先发生，因此B端先落地．‎ ‎10．(多选)在狭义相对论中，下列说法正确的有(　　)‎ A．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速 B．质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关 C．时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关 D．在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中也是同时发生的 解析：选AB　根据狭义相对论，光速是速度的极限值，所以A对；根据狭义相对论，长度、质量、时间间隔都与运动状态有关，且都给出了具体的计算公式，所以B对，C错；同时是相对的，所以D错．‎ 二、非选择题 5‎ ‎11．π介子与质子相碰可产生其他粒子．其中有一种k0粒子，它经d＝1×10－‎1 m的距离便衰变成两个具有相反电荷的π介子．若k0粒子的速率为v＝2.24×‎108 m/s，试求其固有寿命．‎ 解析：k0粒子的速率已达v＝2.24×108 m/s，是光速的70%以上，应该用相对论解题．在实验室中测得的粒子运动的时间间隔为 t＝＝ s＝4.5×10－10 s 根据时间延缓效应t＝ t0＝t＝4.5×10－10× s＝3.0×10－10 s.‎ 答案：3.0×10－10 s ‎12．随着科学技术的发展，科学家预计在未来可建立月球空间站，以便于探测月球．假设月球空间站观测到一飞船以‎0.8c(c为光速)的速度飞向该空间站，经测量该运行中的飞船长度为‎200 m．试求该飞船在发射前，静止在地球上时的长度应为多少？‎ 解析：设运动的飞船的长度为l，静止的飞船长度为l0，依据狭义相对论的长度收缩效应有l＝l0 所以l0＝≈333 m.‎ 答案：333 m ‎13．已知在MN的中垂线上的O点有一点光源，该点光源点亮后立即熄灭，如果M、N两点各放置一光信号接收器．则：‎ ‎(1)如果在地面参考系中观察时，则哪个光信号接收器先接收到光信号？‎ ‎(2)如果处在沿MN方向以很大的速度行驶的火车中，以其为参考系进行观察，则哪个光信号接收器先接收到光信号？‎ 解析：(1)因光源离M、N两点等距，光向M、N两点传播速度相等，则光到达M、N两点所需要的时间相等，即在地面参考系中观测，两接收器同时收到光信号．‎ ‎(2)如图所示，对于火车参考系来说，光源和M、N两接收器都沿MN方向运动，当光源发出的光向M、N传播时，M和N都沿NM方向运动了一段距离到达M′和N′，光到达M′的距离更长，到达N′的距离更短．所以N点光信号接收器比M点光信号接收器先收到信号．‎ 5‎ 答案：(1)同时收到光信号　(2)N点光信号接收器 5‎