高中物理教科版选修3-4 相对论 假期作业 Word版含解析

高中物理教科版选修3-4 相对论 假期作业
一、选择题
1．下列关于狭义相对性原理的说法中正确的是(　　)
A．狭义相对性原理是指力学规律在一切参考系中都相同
B．狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都相同
C．狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都相同
D．狭义相对性原理与经典相对性原理没有区别
解析：选C　根据狭义相对论的基本原理以及经典相对论的原理可知选项C正确。
2．[多选](2017·江苏高考)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快
B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
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
解析：选AC　相对论告诉我们，运动的钟会变慢，由于飞船上的人相对飞船上的钟是静止的，而观测到地球上的钟是高速运动的，因此飞船上的人观测到飞船上的钟相对于地球上的钟快，A项正确，B项错误；同样，地球上的人观测到飞船上的钟是高速运动的，因此地球上的人观测到地球上的钟比飞船上的钟快，C项正确，D项错误。
3．惯性系S中有一边长为l的正方形，如图1所示，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是图2中的(　　)
图1
图2
解析：选C　飞行器与被测正方形沿x方向发生相对运动。由相对论时空观可知，在该方向上会发生长度收缩效应，因此该方向测得的长度小于l，y方向与相对运动方向垂直，故y方向上测得的长度仍为l，故正确选项为C。
4．用相对论的观点判断下列说法中正确的是(　　)
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以 10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的
C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉不到，地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D．当物体运动的速度v远小于c时，“长度收缩”和“时间膨胀”效应可忽略不计
解析：选D　时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以选项A、B错误；当飞船以10 km/s的速度运动时，造成“长度收缩”效应不明显，应忽略不计，C错误；由“长度收缩”效应和“时间膨胀”效应公式可知，当v远小于c时，都可以忽略不计，所以选项D正确。
5．(2016·江苏高考)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是(　　)
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
解析：选B　飞船上的观测者相对飞船静止，测得飞船的长度为飞船静止时的长度l0＝30 m，选项A错误；地球上的观测者与飞船有相对运动，测得飞船的长度l＝l0 ＜l0，故应小于30 m，选项B正确；狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c，选项C、D错误。
二、非选择题
6．一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以2×108 m/s的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？
解析：l＝l′ ＝5×  m＝3.7 m，在垂直运动方向上长度不变，所以看到的是一张3.7×5 m2的宣传画。
答案：看到的是一张3.7×5 m2的宣传画
7．假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)，而后又飞回地球。根据A在地球上的观测，大角星离地球有40光年远，这次B往返飞行经历的时间为80.8年。如果B在离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问：当B回到地球时，他们的年龄各有多大？
解析：设B在飞船惯性系中经历时间为t′，根据时间延缓效应得t＝，即80.8＝
解得t′＝35.2年
所以B回到地球时的年龄为20＋35.2＝55.2(岁)
此时A的年龄为20＋80.8＝100.8(岁)。
答案：A的年龄为100.8岁　B的年龄为55.2岁