广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：5.2时空相对论 课时训练（含解析）

5.2时空相对论
1．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是(?
)
A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B．弟弟思念哥哥而加速生长了
C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢
D．这是神话，科学无法解释
2．甲和乙为两个不同的惯性参考系，惯性参考系甲相对惯性参考系乙以速度（接近光速）运动。则下列说法正确的是（
）
A．甲中的人看到乙中一切物理过程都变快了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了
B．甲中的人看到乙中一切物理过程都变快了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变快了
C．甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变快了
D．甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了
3．一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驰而过，我们会感到车厢、车窗变短了，而车厢、车窗的高度没有变化，那么车厢内的人看到的路旁的电线杆间距将会（
）
A．变窄
B．变宽
C．不变
D．都有可能
4．某实验小组的同学为了研究相对论的知识，取了三个完全相同的机械表，该小组的同学将机械表甲放在一辆高速行驶的动车上，机械表乙放在高速转动的圆盘上，转盘的向心加速度约为地球表面重力加速度的200倍，机械表丙放在密度极大的中子星附近。对这三个机械表的运行，下列说法正确的是（
）
A．甲、乙丙三个机械表都明显走慢
B．机械表乙和丙明显走慢，而机械表甲没有明显的变化
C．三个机械表始终一样
D．由于机械表丙受到中子星强大的引力，因此仅机械表丙明显走慢
5．有一把长为的尺子竖直放置，现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行，运行过程中尺子始终保持竖直，那么我们此时再测量该尺子的长度将（
）
A．大于
B．小于
C．等于
D．无法测量
6．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是(　　)
A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢
B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢
C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快
D．因为是两只对准的标准钟，所以两钟走时快慢相同
7．如图所示，甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为真空中光速)的飞船反向运动．则下列说法正确的是（
）
A．甲乙两人相对速度为1.4c
B．甲观察到乙的身高不变
C．甲观察到乙所乘的飞船变短
D．甲观察到乙所带的钟表显示时间变快
8．下列叙述中，属于经典时空观内容的是（
）
A．在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度
B．光速是自然界中的极限速度，任何事物的速度不能超过光速
C．任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的
D．同时是相对的
9．关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是（
）
A．在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，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的
B．在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体运动）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，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对的不变的量值，而与参考系的选取无关
D．相对论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
E.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
10．下列说法正确的是
A．声波在空气中的传播速度比在水中的传播速度快
B．受迫振动中驱动力的频率不一定等于物体的固有频率
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片是为了增加透射光的强度
D．宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时，地球上的人认为飞船上的时钟变慢
E.机械波的波长越长，则该波越容易发生衍射现象
11．甲、乙两架太空战机以相同的速度在一条直线上匀速飞行，甲向乙发出一条无线电指令，乙显示经过t0时间接受到指令，已知光速为c，则在甲、乙看来，该无线电指令传播的速度_______c(选填>、=、<)；
地面指挥中心认为从甲发出指令到乙接受到指令的时间间隔是t，t___t0(选填>、=、<)
12．假设某太空飞船的长度为，一站在地面上的观察者观察到该太空飞船相对自己沿太空飞船长度方向以速度从正上方飞过。则：
(1)地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间为多少？
(2)太空飞船上的人测量的太空飞船飞过观察者的时间为多少？
13．假如有一对孪生兄弟和，其中乘坐速度为的火箭飞往大角星（牧夫座），而后又飞回地球。根据在地球上的观测，大角星离地球有36光年远，这次往返飞行经历时间为80年。如果离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当回到地球时，他们的年龄各有多大？
参考答案
1．C
【解析】
上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是20世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢．故选C．
2．D
【解析】
根据时间延缓效应可知，甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了，选项D正确，ABC错误。
故选D。
3．A
【解析】
火车相对地面向前飞驰，如果以火车为参考系，地面向后飞驰，地面上的两电线杆的间距变窄，选项A正确，BCD错误。
故选A。
4．B
【解析】
AC．动车的速度相对光速而言很小，机械表变慢不明显，AC错误；
BD．机械表乙有很大的加速度，机械表丙受强引力作用，都明显变慢，B正确，D错误。
故选B。
5．C
【解析】
相对论中所谓的“运动的尺子变短”现象是发生在尺子运动方向上的，现在尺子在竖直方向没发生高速运动，由此可知它的长度将不变；
故选C。
6．C
【解析】
根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应；故地面上的人看到飞船上的鈡变慢了，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，C正确．
7．BC
【解析】
A．如果把两个人中的一个看成静止，那么另一个相对有一个运动速度，但不是速度合成公式，而是相对论速度合成公式，合成的速度接近某个光速值，也即是说，如果把甲看成静止，那么乙相对甲以某个接近光速的速度飞行，故A错误；
B．身高是竖直方向，他们的运动方向为水平，所以身高不变，两者看到对方的身高不变，故B正确；
C．根据相对论的尺缩效应，甲观察到乙所乘的飞船变短，故C正确；
D．根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙的钟要更慢一点，故D错误；
故选：BC
8．AC
【解析】
本题考查的是对经典时空观的理解，经典时空观是绝对时空观，时间和空间都是绝对的，在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度，A正确；任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，C正确；BD错误；
9．ACE
【解析】
A.在经典力学的时空观中，同时是绝对的，选项A对；
B.在相对论的时空观中，时间间隔是相对的，选项B错误；
C.在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，选项C对；
D.相对论的时空观是一个相对的时空观，选项D错误．
E.真空中的光速在不同惯性参考系中都相同，E正确．
10．BDE
【解析】
A．声波属于机械波，其在水中的传播速度比在空气中的传播速度快，故A错误；
B．在受迫振动中，物体振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率不一定相等，故B正确；
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，由于玻璃表面反射光的干扰，影像会不清楚，如果在镜头前加装一个偏振片就可以减弱反射光的强度，故C错误；
D．字航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时，根据时间的相对性可知，地球上的人观察到飞船上的时间间隔变长，时钟变慢，故D正确；
E．障碍物、孔的尺寸越小或者机械波波长越长，越容易发生衍射现象，故E正确。
故选BDE。
11．=
<
【解析】
[1]根据光速不变原理，两战机飞行的速度是相等的，则光相对于它们的速度都是c，
[2]根据相对论的尺缩效应可知，地面指挥中心观测到此刻甲、乙之间的距离小于甲乙之间实际的距离，即：
l＜l0
所以
12．(1)；(2)
【解析】
(1)地面上的观察者测量的太空飞船的长度为
地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间
(2)太空飞船上的人测得太空飞船飞过观察者的时间为
13．B为54.9岁；A为100岁
【解析】
设B在飞船惯性系中经历的时间为Ar，根据钟慢效应得：
即
解得年；所以B回到地球时的年龄为
此时A的年龄为