5.2 经典时空观与相对论时空观 习题（含答案）

5.2
经典时空观与相对论时空观
建议用时
实际用时
满分
实际得分
30分钟
70分
一、选择题（每小题5分，共15分）
1.下列说法正确的是（
）
A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化
B.时间和空间不依赖人们的意识而存在
C.时间和空间是绝对的
D.时间和空间是紧密联系、不可分割的
2.如果你是一名宇航员，驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动（
）
A.你的质量在减少B.你的心脏跳动在慢下来
C.你永远不能由自身的变化知道你是否在运动D.你在变大
3.如图1所示，一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进行测量，哪辆车的质量将增大（
）
图1
A.摩托车B.有轨电车
C.两者都增加D.都不增加
二、填空题(本题共5小题，每小题6分，共30分．把答案填在题中横线上)
4.要描述一个物体的运动，必须选择_____________.
5.20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦建立了_____________，使人们对时空观的认识产生了根本性的变革.
6.绝对时空观的特点是：________________________、______________________，时间和空间都是绝对的
7.在经典力学中，_____________是力学规律的基础，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做_____________.
8.所谓的惯性系是指_____________；相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系_____________（选填“是”或“不是”）惯性系，在不同的惯性系中，力学规律都_____________（选填“相同”或“不同”）；也就是说，每个惯性系都是_____________的，这个观点叫做_____________.
三、简答题(本小题共5小题，每小题5分，共25分)
9.狭义相对论的基本公设是什么？
10.试述经典力学的时空观及所遇到的困难.
11.如图1所示，在地面上点固定一光源，在离光源等距的两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：
图1
（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？
（2）在沿方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？
12.为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度？
13.原长为的飞船以的速率相对地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？假设飞船的速率，从地面上测量，它的长度又是多少？
5.2
经典时空观与相对论时空观
得分：
选择题
题号
1
2
3
答案
二、填空题
4.
5.
6.
7.
9.
三、简答题
9.
10.
11.
12
13.
5.2
经典时空观与相对论时空观参考答案
一、选择题
1.D
解析：根据狭义相对论的观点，时间和空间都不是绝对的，都是相对的.时间和空间不能割裂，是紧密联系的.所以选项A、B、C错误，选项D正确.
2.C
解析：宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A、B、D错误，选项C正确.
3.B
解析：在相对论爱好者中，普遍存在一种误解，即认为运动物体的质量总是随速度的增加而增大；当速度接近光速时，质量要趋于无穷大.正确的说法是：物体质量增大只是发生在给它不断输入能量的时候，而不一定是增加速度的时候.
对有轨电车，能量通过导线，从发电厂源源不断输入；而摩托车的能源却是它自己带的.能量不断从外界输入有轨电车，但没有能量从外界输给摩托车，所以有轨电车的质量将随速度的增加而增大，而摩托车的质量不会随速度的增加而增大.
有趣的是，如果没有能量散失，有轨电车所增加的质量恰好和发电厂损失的质量相等；而摩托车和驾驶员所增加的质量将被电池失去的质量所抵消，所以总质量不变.
二、填空题
4.参考系
5.狭义相对论
6.时间和空间是分离的
时间尺度和空间尺度与物质运动无关
7.牛顿运动定律
惯性系
8.牛顿运动定律都成立的参考系
是
相同
等效
伽利略相对性原理
三、简答题
9.两条基本公设是：
（1）爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的.
（2）光速不变原理：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于，跟光源的运动和观察者运动无关.
10.经典力学的时空观认为：时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的.按该观点和伽利略的相对性原理，就会得到在不同的惯性系中所测得的光速是不同的.而实验事实却是光速不变，这样实验事实便与理论产生了矛盾，使经典力学时空观遇到了困难.
解析：根据经典力学和伽利略的相对性原理，在不同的惯性系中所测得的光速是不同的，而实验事实却是光速不变，这样实验事实便与理论产生了矛盾，使经典力学时空观遇到了困难.
11.（1）先接收到
（2）同时接收到
解析：以地面为参考系，发出的闪光到距离不同，先传到，所以先接收到光信号；若以高速运动的火车为参考系，传到的距离相等，所以同时到达两点.
12.
解析：狭义相对论指出，同一物体在不同参考系中有不同的质量，质量的大小也是相对的.
根据物体质量与其速度的关系
有
解得电子运动的速度应为：
.
13.
解析：当飞船的速度为时，，当飞船的速率时，.