高中物理人教版选修3-4能力提升测试卷 ：第十五章+第1课时相对论的诞生时间和空间的相对性+Word版含答案

第1课时　相对论的诞生　时间和空间的相对性
[对点训练]
知识点一·相对性原理与两个基本假设
1．(多选)关于狭义相对论的两个假设，正确的是(　　)
A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的
答案　AC
解析　根据狭义相对论的两个基本假设，A、C正确。
2．(多选)如果牛顿定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，则在参考系B中(　　)
A．牛顿定律也同样成立
B．牛顿定律不能成立
C．A和B两个参考系中，一切物理定律都是相同的
D．参考系B也是惯性参考系
答案　ACD　
解析　根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的，则A、C、D正确。
3．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中(　　)
A．真空中光速不变
B．时间间隔具有相对性
C．物体的质量不变
D．物体的能量与质量成正比
答案　A
解析　狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同，故A正确。
知识点二·时间和空间的相对性
4．下列说法中不正确的是(　　)
A．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，这是经典物理学家的观点
B．一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
C．一根杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
D．如果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
答案　C
解析　若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变。
5．惯性系s中有一边长为l的正方形(如图A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象是(　　)
答案　C
解析　由相对论知识易得运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变，C图象正确。
6．能用来计时的钟表有多种，如图所示，从左到右依次为沙漏计时仪器、电子表、机械闹表、生物钟。由相对论的知识可知，物体的运动可以使得某一种计时仪器变慢，则也一定能使所有的计时仪器变得一样慢。则对上述表述理解正确的是(　　)
A．正确，对各式计时仪器的影响一定相同
B．错误，对各式计时仪器的影响不一定相同
C．AB两个选项分别说明了两种不同情况下的影响
D．以上答案均错误
答案　A
解析　根据爱因斯坦相对论的钟慢效应可知，若钟与观察者有相对运动，所有的钟都变慢，而且变慢的程度均相同，与钟的构造、原理无关，A正确。
7．(多选)A、B两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且vA>vB，在飞机上的人观察结果正确的是(　　)
A．A飞机上的人观察到的足球场的长度比B飞机上的人观察到的大
B．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小
C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同
D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同
答案　BD
解析　因为当一个惯性系的速度比较大时，根据l′＝l0，速度越大，l′越小。因为vA＞vB，所以lA′＜lB′。
易错点·狭义相对论中的光速不变原理
8．(多选)设某人在速度为0．5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是(　　)
A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1．5c
B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0．5c
C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c
D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
易错分析　本题易误选A、B是因为按经典力学的相对性原理可以得出A、B正确，而这两个结论是错误的，与狭义相对论中的光速不变原理相矛盾。
答案　CD
解析　根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，所以真空中的光速相对于飞船的速度为c，相对于地面的速度也为c。
[提升训练]
一、选择题
1．(多选)下面说法正确的是(　　)
A．在以c竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大
B．在以c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小
C．在以c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为c
D．在以c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c
答案　CD
解析　由狭义相对论可知：光速在不同惯性参考系中，总是相同的，故C、D正确。
2．(多选)下列关于经典力学的时空观，正确的是(　　)
A．经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的
B．在经典力学的时空观中，空间间隔是绝对的，即任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关
C．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离是绝对的不变的量值，而与参考系选取无关
D．经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动无关
答案　ABCD
解析　经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关，同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的，故A、B、C、D均正确。
3．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是(　　)
A．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大
B．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小
C．乙看到甲手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大
D．乙看到甲手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同
答案　B
解析　K系认为静止在K′系中的尺收缩，反之，K′系认为静止在K系中的尺收缩。
4．关于爱因斯坦的狭义相对论，下列说法正确的是(　　)
A．狭义相对论的基本假设之一是光速不变原理
B．有些运动物体相对于观察者的速度可以大于真空中的光速
C．在地面参考系中，观察到在上海和北京同时有两个婴儿诞生，如果在沿北京—上海方向高速飞行的飞船上观测，他们也是同时诞生的
D．对于不同的惯性系，物理规律(包括力学和电磁学的)都是不同的
答案　A
解析　在爱因斯坦的相对论中，它的两个假设是：(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故A正确，B、C、D错误。
5．(多选)假设一列100 m长的火车以接近光速的速度穿过一根100 m长的隧道，它们的长度都是在静止状态下测量的，下列关于看到的现象判断正确的是(　　)
A．相对隧道静止的观察者会看到，火车变短，在某些位置上，隧道能完全遮住它
B．相对隧道静止的观察者会看到，隧道变短，在某些位置上，火车从隧道的两端伸出来
C．相对火车静止的观察者会看到，火车变短，在某些位置上，隧道能完全遮住它
D．相对火车静止的观察者会看到，隧道变短，在某些位置上，火车从隧道的两端伸出来
答案　AD
解析　相对于隧道静止的观察者看到火车在运动，所以火车比隧道短，在某些位置火车会完全处在隧道内部，然而相对火车静止的观察者会看到隧道在运动，所以隧道比火车短，在某些位置火车两端都伸出隧道，A、D正确，B、C错误。
二、非选择题
6．甲、乙两人站在地面上时身高都是L0，甲、乙分别乘坐速度为0．6c和0．8c(c为光速)的飞船同向运动，如图所示。此时乙观察到甲的身高L________L0；若甲向乙挥手，动作时间为t0，乙观察到甲动作时间为t1，则t1________t0。(均选填“＞”“＝”或“＜”)
答案　＝　＞
解析　在垂直于运动方向上长度不变，则有L＝L0；根据狭义相对论的时间延缓效应可知，乙观察到甲的动作时间变长，即t1＞t0。
7．远方的一颗星以0．8c的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多长？
答案　3昼夜
解析　因为Δt＝，
所以Δτ＝Δt，Δt＝5昼夜，v＝0．8c，
代入数据解得Δτ＝5×＝3昼夜。