高中物理人教版选修3.4 作业题 15.2 相对论的诞生+时间和空间的相对性 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3.4 作业题 15.2 相对论的诞生+时间和空间的相对性 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 50.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-14 15:21:45 | ||
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文档简介
相对论的诞生
时间和空间的相对性
一、选择题(1～4为单选，5～9为多选)
1．下列说法中不正确的是( C )
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
解析：若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变．
2．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲的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( B )
A．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大
B．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小
C．乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大
D．乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同
解析：由l＝l0可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺子时，都发现对方手中的尺比自己手中的变短了，故B正确，A、C、D错误．
3．下列说法中正确的是( D )
A．相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题
B．在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c－v
C．在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋v
D．迈克耳孙—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
解析：麦克斯韦的电磁理论得出在不同的参考系中光速不变，而根据相对性原理，在不同的参考系中观测的光速应与参考系有关，两者是矛盾的，A错误．根据迈克耳孙—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的，因此D正确，B、C错误．
4．在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的( C )
①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速；②力学规律在任何惯性系中都是相同的；③在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的．
A．①③是正确的 B．①②是正确的
C．①②③是正确的 D．②③是正确的
解析：由伽利略相对性原理和爱因斯坦狭义相对论可知，①②③说法均对，故正确答案为C.
5．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的物体参考系看成是惯性系，若以下列系统为参考系，则属于非惯性系的有( BD )
A．停在地面上的汽车
B．绕地球做匀速圆周运动的飞船
C．在大海上匀速直线航行的轮船
D．进站时减速行驶的火车
解析：绕地球做匀速圆周运动的飞船相对地面有向心加速度，进站时减速行驶的火车相对地面也有加速度．
6．下列属于狭义相对论基本原理的叙述是( AC )
A．一切物理定律在不同的惯性参考系中都是相同的
B．在任何参考系中，物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定
解析：选项A、C属于狭义相对论的两条基本原理；选项B属于广义相对论的两条基本原理之一即广义相对性原理；选项D不属于相对论原理．
7．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( BD )
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扬的长度相同
D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同
解析：由l＝l0(其中l0是相对足球场静止时的长度)，可以看出，速度越大，“动尺变短”的效应越明显，选项B正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直，所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同．
8．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( BCD )
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慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
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?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
解析：按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt＝可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对观察者静止，时钟准确，B正确；由l＝l0可知，地面上的人看飞船，和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确．当v?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D也正确．
9．下列说法中正确的是( ACD )
A．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
B．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
C．当物体运动的速度接近光速时，时间和空间都要发生变化
D．当观测者靠近或远离波源时，感受到的频率会发生变化
解析：机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播，选项A正确；电磁波是空间某处交替变化的电场和磁场产生的，选项B错误；根据狭义相对论的时空观，当物体运动的速度接近光速时，时空不是绝对的，而是相对的，即时间和空间都要发生变化，选项C正确；当观测者靠近或远离波源时，感受到的频率会发生变化，这是多普勒效应，选项D正确．
二、非选择题
10．宇宙射线中有一种特殊的微观粒子，在与该粒子相对静止的惯性参考系中观测到，它平均经过2×10－6 s(其固有寿命)就衰变为电子和中微子．但是，这种粒子在大气中运动的速度非常大，可以达到v＝2.994×108 m/s＝0.998c.请分析，该粒子在大气中可以运动多远的距离？
答案：9 461 m
解析：已知Δt′＝2×10－6 s，v＝2.994×108 m/s.如果按照经典物理来看，该粒子从产生到衰变的这段时间里平均走过的距离仅为
l′＝2.994×108×2×10－6 m≈599 m.
根据狭义相对论，在地面的实验室中观测该粒子的“运动寿命”为Δt＝＝ s＝3.16×10－5 s.
s＝vΔt＝9 461 m
11．在2020年，有一太空船以0.8c的速度飞越“月球太空站”．一科学家在月球上量得运动中的太空船长度为200 m，此太空船最后在月球上登陆，此科学家再度测量静止的太空船的长度，他测量的结果为多少？
答案：333 m
解析：在月球上测得运动的飞船的长度为l，静止的飞船长度为l0，依据狭义相对论的长度收缩效应，有l＝l0，
所以l0＝＝≈333 m.
时间和空间的相对性
一、选择题(1～4为单选，5～9为多选)
1．下列说法中不正确的是( C )
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
解析：若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变．
2．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲的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( B )
A．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大
B．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小
C．乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大
D．乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同
解析：由l＝l0可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺子时，都发现对方手中的尺比自己手中的变短了，故B正确，A、C、D错误．
3．下列说法中正确的是( D )
A．相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题
B．在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c－v
C．在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋v
D．迈克耳孙—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
解析：麦克斯韦的电磁理论得出在不同的参考系中光速不变，而根据相对性原理，在不同的参考系中观测的光速应与参考系有关，两者是矛盾的，A错误．根据迈克耳孙—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的，因此D正确，B、C错误．
4．在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的( C )
①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速；②力学规律在任何惯性系中都是相同的；③在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的．
A．①③是正确的 B．①②是正确的
C．①②③是正确的 D．②③是正确的
解析：由伽利略相对性原理和爱因斯坦狭义相对论可知，①②③说法均对，故正确答案为C.
5．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的物体参考系看成是惯性系，若以下列系统为参考系，则属于非惯性系的有( BD )
A．停在地面上的汽车
B．绕地球做匀速圆周运动的飞船
C．在大海上匀速直线航行的轮船
D．进站时减速行驶的火车
解析：绕地球做匀速圆周运动的飞船相对地面有向心加速度，进站时减速行驶的火车相对地面也有加速度．
6．下列属于狭义相对论基本原理的叙述是( AC )
A．一切物理定律在不同的惯性参考系中都是相同的
B．在任何参考系中，物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定
解析：选项A、C属于狭义相对论的两条基本原理；选项B属于广义相对论的两条基本原理之一即广义相对性原理；选项D不属于相对论原理．
7．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( BD )
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扬的长度相同
D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同
解析：由l＝l0(其中l0是相对足球场静止时的长度)，可以看出，速度越大，“动尺变短”的效应越明显，选项B正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直，所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同．
8．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( BCD )
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慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
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?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
解析：按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt＝可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对观察者静止，时钟准确，B正确；由l＝l0可知，地面上的人看飞船，和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确．当v?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D也正确．
9．下列说法中正确的是( ACD )
A．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
B．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
C．当物体运动的速度接近光速时，时间和空间都要发生变化
D．当观测者靠近或远离波源时，感受到的频率会发生变化
解析：机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播，选项A正确；电磁波是空间某处交替变化的电场和磁场产生的，选项B错误；根据狭义相对论的时空观，当物体运动的速度接近光速时，时空不是绝对的，而是相对的，即时间和空间都要发生变化，选项C正确；当观测者靠近或远离波源时，感受到的频率会发生变化，这是多普勒效应，选项D正确．
二、非选择题
10．宇宙射线中有一种特殊的微观粒子，在与该粒子相对静止的惯性参考系中观测到，它平均经过2×10－6 s(其固有寿命)就衰变为电子和中微子．但是，这种粒子在大气中运动的速度非常大，可以达到v＝2.994×108 m/s＝0.998c.请分析，该粒子在大气中可以运动多远的距离？
答案：9 461 m
解析：已知Δt′＝2×10－6 s，v＝2.994×108 m/s.如果按照经典物理来看，该粒子从产生到衰变的这段时间里平均走过的距离仅为
l′＝2.994×108×2×10－6 m≈599 m.
根据狭义相对论，在地面的实验室中观测该粒子的“运动寿命”为Δt＝＝ s＝3.16×10－5 s.
s＝vΔt＝9 461 m
11．在2020年，有一太空船以0.8c的速度飞越“月球太空站”．一科学家在月球上量得运动中的太空船长度为200 m，此太空船最后在月球上登陆，此科学家再度测量静止的太空船的长度，他测量的结果为多少？
答案：333 m
解析：在月球上测得运动的飞船的长度为l，静止的飞船长度为l0，依据狭义相对论的长度收缩效应，有l＝l0，
所以l0＝＝≈333 m.