2022-2023学年粤教版（2019）必修第二册 5.2相对论时空观 课时作业（含解析）

5.2相对论时空观
一、单选题
1．如图所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb大于vc，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为（　　）
A．a B．b C．c D．无法确定
2．你现在正在完成90分钟的物理期中考试，假设一艘飞船相对你以的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间（　　）
A．大于90分钟 B．等于90分钟 C．小于90分钟 D．不能确定
3．根据相对论时空观，下列结论正确的是（　　）
A．同时是绝对的
B．“时间间隔”是绝对的
C．物体质量随物体速度变化而变化
D．空间距离是绝对的
4．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列符合史实的是（　　）
A．牛顿发现了万有引力定律，他被称为“称量地球质量”的第一人
B．卡文迪许测出了引力常量的值，让万有引力有了实际意义
C．天王星是通过计算发现的，被人们称为“笔尖下发现的行星”
D．相对论和量子力学建立，意味着经典力学已经没有存在的必要
5．在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是
A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了
B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了
C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了
D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了
6．下列描述中正确的是（　　）
A．相对论和量子力学的出现说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，那么经典力学就失去了它的意义
B．交流感应电动机就是利用电磁阻尼的原理工作的
C．地磁场在北半球的上空有垂直于地表向上的磁场分量
D．电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为该电路的内能
7．按照相对论理论，下列说法中错误的是( )
A．一条杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
B．一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
C．一个物体运动时的质量比静止时的质量要大
D．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
8．以下哪项属于爱因斯坦对相对论提出的基本假设（　　）
A．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系都是不相同的
D．相对论认为时间和空间与物体的运动状态有关
9．下列说法中正确的是（　　）
A．在高速运动的火车车厢中央，光源同时向车厢前后两壁发出了一个闪光，地面上的人看到闪光同时到车厢的前后壁
B．在任何惯性参考系中，物体的运动速度都不能超过光速
C．一条沿自身长度方向高速运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大
D．同样的两个事件，在不同的参考系中观测，时间间隔都相同
10．下列关于近代物理的说法，正确的是
A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱
B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现
C．光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难
D．质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是卢瑟福
11．下列说法正确的是________．
A．物体做受迫振动时，振幅与物体本身无关
B．光纤通信是激光和光导纤维相结合实现的
C．火车以接近光速通过站台时车上乘客观察到站台上的旅客变矮
D．全息照相技术是光的衍射原理的具体应用
12．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)
A．0.5c B．0.6c
C．0.8c D．0.9c
二、多选题
13．甲乙两人分别位于相对地球高速飞行的飞船里和地球上，下列说法正确的有 ．
A．甲观测到地球上的时钟变慢
B．乙观测到地球上的时钟变快
C．乙观测到飞船的长度变短
D．甲观测到飞船的长度变短
14．下列关于光的说法中正确的是（ ）
A．雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生全反射形成的
B．“和谐号”动车组高速行驶时，地面上测得其车厢长度将明显变短
C．在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距
D．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的波长不同
15．以下关于物理学知识的相关叙述，符合实际的有（　　）
A．单摆的振动周期随着摆球质量的增大而减小
B．一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
D．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更加清晰
三、解答题
16．微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响。1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功。
在粒子对撞中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍。试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？
17．一枚静止时长30m的火箭以3的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的一半呢？
参考答案：
1．B
【详解】根据
可知，相对观察者的速度越大，其上的时间越慢，a放在水平地面上，在地面上的人看来，a钟没有变化，b、c均变慢，且vb大于vc，b钟比c钟更慢，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为b，B正确。
故选B。
2．A
【详解】ABCD．根据狭义相对论可知，飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间由公式可知
所以飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间大于90分钟。故A正确，BCD错误。
故选A。
3．C
【详解】ABD．相对论时空观认为时间和空间是彼此联系的，与参考系的选择有关，具有相对性，是一个相对的时空观，故ABD错误；
C．相对论认为，物体的质量和物体本身的运动状态有关，速度越大，质量越大，故C正确。
故选C。
4．B
【详解】AB．牛顿发现了万有引力定律，但是卡文迪许测出了引力常量，让万有引力有了实际意义，故卡文迪许被称为“称量地球质量”的第一人，A错误，B正确；
C．海王星是通过计算发现的，被人们称为“笔尖下发现的行星”，C错误；
D．相对论和量子力学建立，并没有否定经典力学，而是在其基础上建立起来的，有各自的成立范围，D错误。
故选B。
5．A
【分析】由相对论效应分析宇宙飞行器的时间和长度变化；当人和宇宙飞行器之间有相对运动时，人观察到的火箭长度会变短，时间会变慢．
【详解】根据爱因斯坦相对论可知，地面上的人观察到宇宙飞行器变短了，宇宙飞行器上的时间进程变慢了．故A正确，B错误．宇宙飞行器上的人与宇宙飞行器之间没有相对运动，所以此人观察到宇宙飞行器中的时钟无变化，故CD错误．故选A．
6．D
【详解】A．相对论、量子论的提出，没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子论在低速、宏观状态的特殊情形，故A错误；
B．交流感应电动机是利用电磁驱动的原理工作的，不是电磁阻尼，故B错误；
C．地磁南北极与地理南北极相反，所以北半球的上空有垂直地表向下的磁场分量，故C错误；
D．电流通过纯电阻电路做功时，焦耳定律可知，电能全部转化为该电路的内能，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】一根杆的长度静止时为，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，A错误；经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，B正确；由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，C正确；根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，D正确．
8．B
【详解】爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，其他内容均建立在这两条基本假设基础之上。
故选B。
9．B
【详解】A．根据同时的相对性，火车上的人会看到两个闪光同时到达车厢的前后壁，而地面上的人会看到闪光先到达车厢的后壁（相对火车运动方向而言），后到达前壁，A错误；
B．根据爱因斯坦的相对论可知，在任何惯性参考系中，任何物体的运动速度都不能超过光速，B正确；
C．考虑相对论效应，根据长度与速度关系公式
沿自身长度方向高速运动的杆长度总比静止时的长度短，C错误；
D．由相对论的基本公式
可知时间间隔与参考系有关，D错误。
故选B。
10．C
【详解】A.波尔理论成功解释了氢原子发光的现象，但对于稍微复杂一定的原子如氦原子，波尔理论都无法解释其发光现象，故波尔理论有它的局限性．A错误
B.卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子具有核式结构．B错误
C.光电效应实验现象说明了光具有粒子性，从而使得光的波动说遇到了巨大困难．C正确
D.爱因斯坦的质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在密切的关系．D错误；
11．B
【分析】受迫振动时，其振幅与驱动的频率和固有频率的比值有关；光纤通信是激光的频率单一性；光速不变原理有相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都是相对的；全息照片是利用激光的相干性较好.
【详解】A、物体做受迫振动时，当驱动力频率等于物体的固有频率时，振幅最大，出现共振现象，驱动力频率与固有频率相差越小，振幅越大；故A错误.
B、光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，利用了激光的频率单一性的特点；故B正确.
C、根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮；故C错误.
D、全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性；故D错误.
故选B.
【点睛】该题考查受迫振动、光纤通信、激光的性质、全息照片、爱因斯坦的相对论等在实际生活的现象．
12．C
【详解】根据公式
可得=5光年，L=3光年，所以
v=0.8c
故选C。
13．AC
【详解】相对论长度的相对性和时间的相对性都是对于旁观者而言，对于旁观者来说是钟慢尺短．因此选项BD错误，AC正确．
14．CD
【详解】A．雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生的折射形成的，故A错误；
B．动车组高速行驶时，但速度远达不到光速，则不会出现沿车厢长度明显变短的现象，故B错误；
C．双缝干涉实验中，用红光代替黄光后，波长变长，则导致干涉条纹的间距增大，故C正确；
D．白光通过双缝后产生的干涉，因波长不一，导致干涉条纹间距不同，从而出现彩色条纹，故D正确。
故选CD。
15．BD
【详解】A.根据单摆的周期公式：可知，单摆的周期与摆球的质量无关．故A错误；
B.地球上的观测者测得该飞船的长度是以0.6c的速度沿长度方向飞行时长度，为：，故B正确；
C.赫兹用实验证实了电磁波的存在．故C错误；
D.日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以可以滤掉水面反射的偏振光，使景像更清晰，这是利用光的偏振现象，故D正确；
16．1.155 倍
【详解】电子的静止质量为，加速后的电子相对实验室的速度是0.5c，设质量为m
根据爱因斯坦相对论的公式
即为静止时质量的1.155倍。
17．30m，30m，26m，30m
【详解】根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，若v=3km/s c，地面上的观察者测得火箭的长度
所以地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同，若火箭以0.5c的速度飞行，根据长度的相对性有
地面上的观察者测得火箭的长度为