第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步
第二节 相对论时空观
基础过关练
题组一 狭义相对论的基本假设
1.如图所示,观察者乙乘坐速度为0.8c(c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0.5c。乙用列车车厢里的光源发出一束光和甲进行联络,由狭义相对论可知,甲和乙观测到该光束的传播速度分别为 ( )
A.0.2c,c
B.0.3c,0.2c
C.c,c
D.1.3c,0.3c
题组二 时空相对性
2.如图所示,一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,那么按照火车上人的测量,闪光 ( )
A.先到达前壁 B.先到达后壁
C.同时到达前后壁 D.无法确定
题组三 时间延缓
3.(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有 ( )
A.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较快
C.地球上的人观测到地球上的钟较快
D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
题组四 长度收缩
4.一张正方形宣传画,边长为5 m,平行贴于铁路旁的广告牌上,如图所示,假设一高速列车以0.6c速度驶过,在司机看来,宣传画是 ( )
A.长4 m、高5 m的长方形
B.长6.25 m、高5 m的长方形
C.4 m×4 m的正方形
D.长5 m、高4 m的长方形
题组五 时空弯曲
5.2017年10月16日,全球多国科学家同步举行新闻发布会,宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。在物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。这一重大发现验证的科学理论是 ( )
A.经典力学
B.量子理论
C.狭义相对论
D.广义相对论
答案与分层梯度式解析
第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步
第二节 相对论时空观
基础过关练
1.C 根据爱因斯坦狭义相对论知,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c,选项A、B、D错误,C正确。
2.A 地面上的人以地面为参考系,光向前、向后传播的速度相等,某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,向前传播的路程与向后传播的路程相同,由于火车向前运动,所以光源到火车的前壁的距离小,车厢中的人认为,车厢是个惯性系,光向前、向后传播的速度相等,光源到火车前面的距离小,闪光先到达前壁,B、C、D错误,A正确。
3.BC 飞船上的人是以飞船为参考系,故地球是高速运动的,根据爱因斯坦相对论可知“时间延缓”,即飞船上的人观测到地球上的钟较慢,即飞船上的人观测到飞船上的钟较快,选项A错误,B正确;地球上的人以地球为参考系,认为飞船高速运动,同样根据爱因斯坦相对论可知“时间延缓”,飞船上的钟较慢,故地球上的人观测到地球上的钟较快,选项C正确,D错误。
4.A 正方形宣传画,边长为5 m,一超高速列车以0.6c的速度接近宣传画,根据相对论效应可得沿列车运动方向宣传画长度l=l0=5× m=4 m,可知司机看来宣传画变成长4 m、高5 m的长方形,故A正确,B、C、D错误。
5.D 从材料中的“引力波”和“时空弯曲”等内容可知,材料反映的科学理论是爱因斯坦的广义相对论,选项D正确。经典力学、量子理论和狭义相对论的内容与材料内容不符,选项A、B、C错误。(共4张PPT)
1.相对性原理:在所有的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。
2.光速不变原理:在所有的惯性参考系中,测得的真空中的光速都相同。
第二节 相对论时空观
1 | 狭义相对论的基本假设
1.同时性的相对性:在一个惯性参考系中同时发生的两个事件,在另一个惯性参考
系看来是不同时的。
2.时间延缓
(1)公式:Δt'=Δt ,因为 <1,所以总有Δt>Δt'。
(2)意义:在站台上将观测到火车上的时间进程变慢了,而在运动参考系里的人认
为一切正常,这就是时间间隔的相对性,也称为“时间延缓”。
3.长度收缩
(1)公式:l'=l ,由于 <1,所以总有l'(2)意义:当物体相对于观察者运动时,在运动的方向上,观测者测量到该物体的长
度要缩短,而垂直于运动方向的长度不会发生变化,这就是空间距离的相对性,也
称为“长度收缩”。
2 | 时空相对性
1.根据广义相对论,物体的引力场会使光线弯曲,引力场越强,光线弯曲越厉害。
2.根据广义相对论,当恒星发出的光在引力场(大质量天体和黑洞)附近经过时,光
线会像通过透镜一样发生弯曲。
3.根据广义相对论,引力场的存在使得空间不同位置的时间进程也存在差别,也可
以说时间发生了弯曲。
3 | 时空弯曲
判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ”。
1.时钟延缓效应是低速的时钟比高速的时钟走的慢。( )
时钟延缓效应是高速的时钟比低速的时钟走得慢。
2.汽车运动时没发现长度变化,故狭义相对论是错误的。( )
汽车运动时没发现长度变化,是因为汽车的速度还没有达到光速,并不能说明狭
义相对论是错误的。
3.广东省虎门大桥全长近15 km,在500 m高空有一架与大桥平行匀速飞行的飞机,
飞机上人员看到大桥的长度将小于15 km。( √ )
知识辨析
