上海市北虹高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：5.3奇特的相对论效应 课时作业（含解析）

5.3奇特的相对论效应
1．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′．则S和S′的大小关系是(　　)
A．S>S′ B．S＝S′
C．S2．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉( )
A．你的质量在增加
B．你的心脏跳动在慢下来
C．你在变小
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度
3．以下关于相对论的说法，正确的是
A．观察者与光源相向运动时，观测到的光速大于m/s
B．在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸都相同
C．对于同一个物理过程经历的时间，在任何惯性系中观测结果都相同
D．当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关
4．下列说法中正确的是
A．交通警通过发射超声波测量车速，利用了波的干涉原理
B．电磁波的频率越高，它所能携带的信息量就越人，所以激光可以比无线电波传递更多的信息
C．单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象也越明显
D．地面上测得静止的直杆长为L，则在沿杆方向高速飞行火箭中的人测得杆长应小于L
5．甲乙两人分别位于相对地球高速飞行的飞船里和地球上，下列说法正确的有 。
A．甲观测到地球上的时钟变慢
B．乙观测到地球上的时钟变快
C．乙观测到飞船的长度变短
D．甲观测到飞船的长度变短
6．下列说法中正确的是___________．
A．光的偏振现象说明光是一种横波
B．高速飞离地球的飞船中宇航员认为地球上的时钟变快
C．只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉
D．声源与观察者相对靠近时，观察者接收的频率小于声源的频率
7．(多选)A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且vA>vB，对于在飞机上的人观察结果，下列说法正确的是(　　)
A．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
8．下列说法中正确的是
A．军队士兵过桥时使用便步，是为了防止桥发生共振现象
B．机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
D．假设火车以接近光速通过站台时，站台上旅客观察到车上乘客在变矮
E.赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
9．一枚火箭静止于地面时长为30m，两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上．火箭以速度v飞行，光速为c，下列判断正确的是（ ）
A．若v=0.5c，火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30m
B．若v=0.5c，地面上的观察者测得火箭的长度仍为30m
C．若v=0.5c，火箭上的观察者认为地面上的时钟走得快
D．若v=0.5c，地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢
E.若，地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同
10．下列关于相对论说法正确的是（ ）
A．狭义相对性原理认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关
C．真空中的光速在不同参考系中都是相同的
D．长度的相对性表明，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时大
11．下列说法正确的是
A．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
B．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说
C．光电效应说明光具有粒子性，能量大的光子只有粒子性没有波动性
D．相对论认为质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变的
12．下列说法正确的是________
A．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场
B．当驱动力频率等于物体固有频率时会发生共振现象
C．飞船高速飞离地球时，飞船中宇航员认为地球上的时钟变慢
D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
13．甲乘客乘坐在接近光速的火车上，乙观察者站在铁轨附近的地面上，甲、乙两人手中各持一把沿火车前进方向放置的米尺．则下列说法正确的是
A．甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要长
B．甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要短
C．乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要长
D．乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要短
参考答案
1．A
【解析】
观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，根据爱因斯坦的相对论尺缩效应可知，B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小，而沿z轴方向的直径不变，钟的面积将与静止的观察者看到的面积要小，即S大于S′．故选A．
点睛：本题考虑到相对论尺缩效应，观察者B观察到的时钟表面是椭圆，即沿着运动方向的直径减小了．
2．D
【解析】
【详解】
相对论的基本概念是:当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的;当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉;当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动，但如果房子是在做匀速直线运动，即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动，即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．
A．你的质量在增加 ，与结论不相符，选项A错误；
B．你的心脏跳动在慢下来 ，与结论不相符，选项B错误；
C．你在变小，与结论不相符，选项C错误；
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度，与结论不相符，选项D正确；
故选D。
3．D
【解析】
根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，故A错误；在不同的惯性系中测量同一物体的长度，测量值是不同的，故B错误；对于同一个物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测结果是不相同的，选项C错误；当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关，选项D正确；故选D.
4．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A、交通警通过发射超声波测量车速，利用了波的多普勒效应原理，故A错误；
B、电磁波的频率越高，它所能携带的信息量就越大，而激光频率比无线电波高，所以激光可以比无线电波传递更多的信息，故B正确；
C、单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，但衍射现象越不明显，故C错误；
D、地面上测得静止的直杆长为L，根据相对论原理，则在沿杆方向高速飞行火箭中的人测得长度变小，故D正确．
5．AC
【解析】
【详解】
相对论长度的相对性和时间的相对性都是对于旁观者而言，对于旁观者来说是钟慢尺短。因此选项BD错误，AC正确。
6．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．光的偏振现象说明光是一种横波，故A正确；
B．根据相对论可知，高速飞离地球的飞船中宇航员认为地球上的时钟是变慢的，故B错误；
C．只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉，故C正确；
D．根据多普勒效应知，声源与观察者相对靠近时，观察者接收的频率大于声源的频率，故D错误．
故选AC．
7．BD
【解析】因为当一个惯性系的速度比较大时，根据知，沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故AC错误，B正确；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，故D正确．故选BD.
8．ACE
【解析】
【详解】
A．军队士兵过桥时使用便步，防止行走的频率与桥的频率相同，桥发生共振现象，故A正确；
B．机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，故B错误；
C．加偏振片的作用是减弱反射光的强度，从而增大透射光的强度，故C正确；
D．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮，故D错误；
E．麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故E正确．
故选ACE。
【名师点睛】
当策动频率与固有频率相同时，出现共振现象；电磁波在真空中也能传播．机械波在介质中的传播速度由介质决定；由光的衍射现象：绕过阻碍物继续向前传播；偏振原理利用光的干涉现象，来减弱反射光的强度；麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，从而即可求解．
9．ADE
【解析】
【分析】
【详解】
一枚静止时长30m的火箭以0．5c的速度飞行，根据狭义相对论可得火箭上的人测得火箭的长度为30cm，选项A正确；根据长度的相对性可得，地面上的观察者测得火箭的长度为： ，故B错误；根据时钟效应：运动的钟比静止的钟走的慢，而且运动速度越快，钟走的越慢；同时运动时相对的，火箭相对于地面上的人是运动的，地面上的人相对于火箭也是运动的，所以若v=0．5c，火箭上的观察者认为地面上的时钟走的慢，同时地面上的观察者认为火箭上的时钟走的慢，故C错误，D正确；若v<<0．5c，地面上的观察者测得的火箭的长度相同：，所以地面上和火箭上的观察者测得的火箭的长度相同，故E正确；故选ADE．
【点睛】
此题考查了狭义相对论的原理；解题时记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握长度的相对性，同时要注意运动的相对性．
10．ABC
【解析】狭义相对性原理认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确； 相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，选项B正确；根据光速不变原理可知，真空中的光速在不同参考系中都是相同的，选项C正确；长度的相对性表明，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时短，选项D错误；故选ABC.
11．BD
【解析】宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，是由于宏观物体的波长非常小，并不是宏观物体运动时不具有波动性，A错误；光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，B正确；大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性，波长较长时波动性比较显著，波长较短时粒子性比较显著，与能量大小无关，C错误；根据狭义相对论的几个基本结论，质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变的，故D正确．
12．BC
【解析】根据麦克斯韦电磁理论可知，均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项A错误； 当驱动力频率等于物体固有频率时会发生共振现象，选项B正确；根据相对论可知，飞船高速飞离地球时，飞船中宇航员认为地球上的时钟变慢，选项C正确； 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，选项D错误；故选BC.
13．BD
【解析】
试题分析：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，乙手中的尺相对于甲接近光速运动，所以甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度小，故A错误，B正确甲手中的尺相对于乙接近光速运动，所以乙看到甲手中的尺的长度比甲看到自己手中的尺的长度小，故C错误，D正确；故选BD．
考点：相对论
【名师点睛】此题考查狭义相对论的基本结论，根据狭义相对论的尺缩效应即在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点；要熟记并理解它，可以解决所有关于狭义相对论的问题．