粤教版高中物理必修第二册 5.2 相对论时空观 同步练习卷(含解析）

粤教版高中物理必修第二册《5.2 相对论时空观》同步练习卷
一、单选题：本大题共15小题，共60分。
1.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是这个人( )
A. 是一个矮胖子 B. 矮但不胖 C. 是一个瘦高个子 D. 瘦但不高
2.年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是( )
A. 相对性原理与光速不变原理 B. 运动的时钟变慢与运动的尺子缩短
C. 时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性 D. 同时的绝对性与同时的相对性
3.站台上相距的两机械手同时在速度为的火车上画出两痕，则车厢内的观测者测得两痕的距离为( )
A. B. C. D.
4.下列有关长度的相对性理解，正确的是( )
A. 经典物理学认为物体的长度与物体是否相对观察者运动有关
B. 当一直杆沿自身方向运动时长度变短
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，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
5.A、、是三个完全相同的时钟，放在地面上，、分别放在两个火箭上，以速度和朝同一方向飞行，按照狭义相对论进行分析，地面上的观察者会认为走得最慢的时钟是( )
A. 时钟 B. 时钟
C. 时钟 D. A、、时钟的快慢一样
6.随着科学技术的发展，人类遨游太空的梦想终究会实现如果某飞船在以的速度飞行靠近某一星球时，发出一光源信号提示该星球上的人，假设所有的星球均相对静止，为光在真空中的速度，则下列说法正确的是( )
A. 该星球上的人看到的光源信号的速度为
B. 该星球上的人看到的光源信号的速度为
C. 地球上的人看到的光源信号的速度为
D. 飞船正后方的某星球上的人看到的光源信号的速度为
7.坐在匀速直线运动的公共汽车上的售票员，观察到车的前后门是同时关上的，地面上的观察者看到的是( )
A. 同时关上 B. 前门先于后门关上 C. 后门先于前门关上 D. 不能确定
8.关于狭义相对论，下列说法不正确的是( )
A. 狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B. 狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于，与光源的运动无关
C. 狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系
D. 狭义相对论任何情况下都适用
9.如图所示，你站在水平木杆的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的；若此时飞飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠过，则( )
A. 飞飞同学看到木杆的端比端先落地
B. 飞飞同学看到木杆的端比端先落地
C. 飞飞同学看到木杆的两端同时落地
D. 飞飞同学看到的木杆长度比你看到的木杆长度更长
10.如图所示，观察者乙乘坐速度为为光在真空中的速度的列车追赶其正前方的观察者甲，甲乘坐的飞行器速度为。乙用列车车厢里的光源发出一束光和甲进行联络，由狭义相对论，甲和乙观测到该光束的传播速度分别为( )
A. ， B. ， C. ， D. ，
11.如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔、和假想有一列车沿方向以接近光速行驶，当铁塔发出一个闪光，列车上的观测者测定、两塔被照亮的顺序是( )
A. 同时被照亮 B. 先被照亮 C. 先被照亮 D. 无法判断
12.A、两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，，在火箭上的人观察到的结果正确的是( )
A. 火箭上的时钟走得最快 B. 地面上的时钟走得最快
C. 火箭上的时钟走得最快 D. 火箭上的时钟走得最慢
13.你现在正在完成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. 大于分钟 B. 等于分钟 C. 小于分钟 D. 不能确定
14.下列结论中不符合经典时空观的( )
A. 在某一参考系中同时发生的事件，在其他参考系中也一定是同时发生的
B. 时间间隔不随参考系的改变而变化
C. 空间距离不随参考系的改变而变化
D. 时间和空间都是相对的，与参考系有关
15.以下说法正确的是( )
A. 通过强引力场时光线会发生弯曲 B. 引力透镜现象说明空间介质折射率变化
C. 通过强引力场时时间不会发生变化 D. 光线通过黑洞附近光线不会发生弯曲
二、填空题：本大题共2小题，共8分。
16.宇宙飞船相对于地面以速度做匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过飞船上的钟时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为______．
17.根据气体吸收谱线的红移现象推算，有一类星体远离我们的速度高达到光速的，即每秒万公里．则在该类星体上测得它发出光的速度是______，我们观测到它的体积比它实际体积______ 填“大”或“小，该类星体上的介子平均寿命比在地球上______ 填“长，或“短”．
三、简答题：本大题共1小题，共3分。
18.如果一个人以接近光速的速度在长直的街道上运动，那么在他眼里，街道边建筑物的高度和宽度会有什么变化？
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：一个中等身材的人，说明人不高；站在路旁的人观察车里的人，取路旁的人为惯性系，车上的人相对路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向将变窄，但在垂直于运动方向没有发生变化，所以观察的结果是这个人瘦但不高，故D正确，ABC错误。
故选：。
本题关键是知道狭义相对论的一个重要效应--尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．
此题考查狭义相对论的基本结论，熟记并理解它，可以解决所有关于狭义相对论的问题．
2.【答案】
【解析】解：爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：相对性和光速不变原理；其他内容均建立在这两点的基础之上，故A正确、BCD错误。
故选：。
狭义相对论的两个基本假设：
物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．这叫做相对性原理．
在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值这叫光速不变原理．它告诉我们光在真空中的速度是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度。
本题主要是考查狭义相对论的两条基本假设，记住狭义相对论的两条基本假设和几个基本结论是解答本题的关键。
3.【答案】
【解析】解：由爱因斯坦相对论公式得：
已知，，代入上式解得车厢内的观测者测得两痕的距离：，故ACD错误，B正确。
故选：。
本题考查相对论的知识。如果与杆相对静止的人测得杆长是，沿着杆的方向，以相对杆运动的人测得杆长是，那么两者之间的关系是，据此解答。
本题考查相对论的初步知识，记得爱因斯坦相对论公式即可。
4.【答案】
【解析】解：、经典物理学认为物体的长度是绝对的，与物体是否相对观察者运动均，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，故A错误；
B、根据，知当一直杆沿自身方向运动时，杆的长度总比杆静止时的长度小，故B正确；
C、当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C错误；
D、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，故D错误。
故选：。
经典物理学认为物体的长度与物体是否相对观察者运动无关，而根据相对论的时空观，运动物体的长度满足，据此即可判断出杆的长度变化。
本题考查长度的相对性，知道经典的时空观与相对论时空观的区别，以及长度变化与运动方向的关系是解答该题的关键。
5.【答案】
【解析】解：放在地面上，在地面上的人看来，钟没有变化。
B、两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，、变慢，由于，钟比钟更慢，所以钟最快，钟最慢。
故选：。
根据相对论效应钟慢效应分析钟的快慢．
要理解记住爱因斯坦相对论效应之一：钟慢效应．
6.【答案】
【解析】解：根据狭义相对论的假设，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在任何地方的光速都是，故C正确，ABD错误；
故选：。
根据爱因斯坦的狭义相对论，真空中光速相对于不同的惯性参考系是相同的。
明确爱因斯坦的相对论，知道真空中的光速相对于不同的惯性参考系都是相同的。
7.【答案】
【解析】解：由于车是运动的，后门反射的光先于前门反射的光传至观察者，因此地面上的人看到后门先关上，故C正确，ABD错误；
故选：。
站在地面上的人，先看到后门反射的光后看见前门反射的光，因此地面上的人看见后门先关上。
明确参考系不同，所处的环境不同，接收到的反射光时间不同。
8.【答案】
【解析】解：、狭义相对论两个基本假设：一是在不同惯性参考系中，一切物理定律都是相同的，故A正确
B、光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一；故B正确；
C、狭义相对论两个基本假设：一是在不同惯性参考系中，一切物理定律都是相同的，只涉及无加速运动的惯性系．故C正确；
D.狭义相对论只在非引力场条件下成立，而广义相对论在任何情况下都适用．故D错误．
本题选择错误的，故选：．
狭义相对论两个基本假设：一是在不同惯性参考系中，一切物理定律都是相同的，二是光速不变；
爱因斯坦相对论揭示了时间、空间并非绝对不变的属性；
本题考查两个基本假设，要牢记课本内容；明确基本假设的基本内容；根据基本假设再分析其他现象．
9.【答案】
【解析】解：当飞飞同学掠过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且木杆的端还在朝她运动，因此，在你看来同时发生的两个事件，在飞飞同学看来首先在端发生，故飞飞同学看到木杆的端比端先落地，故A正确，BC错误；
D.根据尺缩效应可知，飞飞同学看到的木杆长度比你看到的木杆长度更短，故D错误。
故选：。
狭义相对论认为，物体运动时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化；根据狭义相对论的尺缩效应和运动延时效应进行分析即可。
本题是有关时间间隔的相对性等知识运用的题目，解题关键是根据狭义相对论的尺缩效应和运动延时效进行分析，在一个坐标系中的时刻发生的事件在另一个参考系中不可能变为个事件。
10.【答案】
【解析】解：根据爱因斯坦狭义相对论可知，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。所以甲和乙观测到该光束的传播速度均为，
故选：。
该题考查了爱因斯坦狭义相对论的相关知识，属于光速不变原理的考查，只要理解了该原理，掌握了基本概念即可顺利解决。
11.【答案】
【解析】解：列车上的观察者看到的是由出发后经过和反射的光，由于列车在这段时间内向运动靠近，而远离，所以的反射光先到达列车上的观察者，看到先被照亮．
故选：．
列车上的观察者看到的是由出发后经过和反射的光，由于列车在这段时间内向运动靠近，而远离，所以的反射光先到达列车上的观察者，看到先被照亮．
本题考查相对论初步．属于容易题，关键要掌握这些知识点的基础知识．
12.【答案】
【解析】解：在火箭上的人看来，地面和火箭都高速远离自已，由知，在火箭上的人观察到的结果是：地面和火箭上的时钟都变慢了，且，故地面上的时钟最慢，故A正确、BCD错误。
故选：。
由相对论效应分析地面和火箭上的时钟的快慢情况。
该题考查相对论的时间的变化，解答本题要掌握相对论的基本原理，能够根据时间的相对性分析时间的变化．
13.【答案】
【解析】解：根据狭义相对论可知，当飞船以的速度相对此考生匀速飞过时，飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间，根据公式可知：
即飞船上的观察者会认为此考生考完这场考试所用时间大于分钟。故A正确，BCD错误。
故选：。
理解狭义相对论的两个基本假设，相对论中的质量与速度的关系，时间与速度的关系。
本题考查了爱因斯坦相对论效应中的长度和时间的相对性公式，关键记住公式。
14.【答案】
【解析】解：、经典时空观认为，在某一参考系中同时发生的事件，在其他参考系中也一定是同时发生的，故A正确；
B、根据相对论与经典时空观的解释，经典时空观认为时间不随参考系的改变而改变，故B正确；
C、根据相对论与经典时空观的解释，经典时空观认为物体的质量不随参考系的改变而改变，故C正确；
D、根据相对论与经典时空观的解释，经典时空观认为空间距离不随参考系的改变而改变，故D错误；
本题选不正确的，故选：。
根据相对论与经典时空观的解释，经典时空观认为时间间隔、空间距离都是不随参考系的改变而改变的。
本题主要考查了相对论的相关应用，理解经典时空观的相关概念即可完成分析。
15.【答案】
【解析】解：、通过强引力场时光线会发生弯曲，而且时间也会发生变化，故A正确，C错误；
B、引力透镜现象无法说明空间介质折射率变化，故B错误；
D、光线通过黑洞附近光线会发生弯曲，故D错误；
故选：。
通过强引力场黑洞时，时间会发生变化，光线会发生弯曲。
本题主要考查了相对论的相关应用，理解相对论的相关概念，理解强引力场对时间和光线的影响即可。
16.【答案】
【解析】解：根据光速不变原理，知光以光速传播，故飞船固有长度．
故答案为：．
在宇宙飞船内宇航员观察到的光的速度不变，由匀速直线运动的公式即可求出．
该题以“飞船相对于地面以速度做匀速直线飞行”开始，但关键是宇航员观测到的时间为，所以不需要使用爱因斯坦的相对论公式．
17.【答案】；小；长
【解析】解：在该类星体上测得它发出光的速度等于，根据相对论效应可知，我们观测到它的尺寸比它实际尺寸小，则观测到它的体积比它实际体积也小，该类星体上的介子平均寿命比在地球上长．
故答案为：，小，长，
根据相对论效应分析类星体上测得它发出光的速度的大小，确定我们观测到它的体积与它实际体积的大小关系，以及该类星体上的介子平均寿命与在地球上平均寿命的关系．
要理解并掌握爱因斯坦相对论的基本原理：光速不变原理、尺缩效应和钟慢效应．
18.【答案】解：根据爱因斯坦的相对论知识有：，长度收缩效应是指沿运动方向上的长度尺寸将会缩短，而其它方向的尺寸不发生变化，则街道边建筑物的高度不变，建筑物的宽度变窄。
答：街道边建筑物的高度不变，建筑物的宽度变窄。
【解析】根据爱因斯坦的相对论，长度收缩效应来分析即可。
本题考查了相对论的相关知识，解决本题的关键是理解长度的相对性。
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