高中物理人教版选修3.4 作业题 15-3、4 狭义相对论的其他结论+广义相对论简介 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 15-3、4 狭义相对论的其他结论+广义相对论简介 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 54.0KB | ||
| 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 | 2020-10-16 13:55:24 | ||
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文档简介
狭义相对论的其他结论
广义相对论简介
一、选择题(1～5为单选，6～10为多选)
1．物理学发展过程中，不少物理学家作出了重大贡献，下列有关物理学史不符合事实的是( D )
A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在
B．赫兹首先捕捉到电磁波
C．伽利略认为，力学规律在任何惯性参考系中都是相同的
D．爱因斯坦通过质能方程阐明质量就是能量
解析：质能方程指出了物体的能量与质量之间存在对应关系，但质量不是能量．
2．某星体以速度v离开地球，其谱线在地球上看来( B )
A．光谱不变 B．光谱红移
C．光谱紫移 D．光谱压缩
解析：星体以速度v离开地球时，在它们之间传播的电磁波的频率会变低，因此光谱线在地球上看来频率变低即光谱红移．
3．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是( B )
A．u＝u′＋v B．uC．u>u′＋v D．以上均不正确
解析：按照经典时空观，u＝u′＋v，而实际上，根据相对论速度变换公式：u＝，1＋>1，所以严格来说，应当u4．已知电子的静止能量为0.511 MeV，若电子的动能为0.25 MeV，则它所增加的质量Δm与静止质量m0的比值近似为( C )
A．0.1 B．0.2
C．0.5 D．0.9
解析：由题意E＝m0c2，即：m0c2＝0.511×106×1.6×10－19 J，ΔE＝Δmc2，即：Δmc2＝0.25×106×1.6×10－19 J，可得＝≈0.5，故只有C项正确．
5．回旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是( D )
A．加速器功率有限，不能提供足够大的能量
B．加速器内无法产生磁感强度足够大的磁场
C．加速器内无法产生电场强度足够大的电场
D．速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速
解析：回旋加速器中带电粒子运动的周期为T＝，当粒子速度比较小时，可以认为其质量是不变的，那么其周期也不变．但当粒子的速度很大，接近光速时，其质量明显增大，周期也发生了明显变化，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速．
6．下列说法中正确的是( BCD )
A．万有引力可以用狭义相对论作出正确解释
B．电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释
C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论
D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架
解析：广义相对论提出的背景是：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架；惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位．
7．以下说法中，错误的是( CD )
A．矮星表面的引力很强
B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些
C．在引力场越弱的地方，物体长度越长
D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移
解析：矮星表面引力很强，按广义相对论，那里的时间进程比较慢．
8．下列说法中正确的是( ACD )
A．物质的引力使光线弯曲
B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用
C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢
D．广义相对论可以解释引力红移现象
解析：由广义相对论的推论可知，光线在引力场中偏转，选项A正确，选项B错误；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，选项C、D正确．
9．关于物体的质量，下列说法正确的是( ACD )
A．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的
B．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化
C．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
D．在相对论力学中，物体的质量随物体的速度的增大而增大
解析：在绝对时空观中，物体的质量是不变的，选项A正确，选项B错误；在相对论力学中，物体的速度越大，能量越大，质量越大，选项C、D正确．
10．在引力可以忽略的空间中，有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，请问下列说法正确的是( AD )
A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的
B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的
C．船内的航天员以飞船为参考系看到的这束光是沿直线传播的
D．船内的航天员以飞船为参考系看到的这束光是沿曲线传播的
解析：选项A参照物不是飞船，而是相对于光束是静止的物体，光束沿直线传播，选项A正确；选项D参照系是飞船，相对于光束是运动的物体，而且与光束成一定的夹角．在飞船
速度是匀速的情况下，可以认为光束是直线传播的，然而飞船不是匀速的，所以光束的合成方向必然会发生改变，选项D正确．
二、非选择题
11．太阳在不断地辐射能量，因而其质量也在不断地减小．若太阳每秒辐射的总能量为4×1026 J，试计算太阳在一秒内失去的质量．估算5 000年总共减少了多少质量，并与太阳的总质量2×1027 t比较．
答案：4.4×109 kg 6.9×1020 kg
减少了太阳总质量的3.45×10－10倍
解析：太阳每秒失去的质量为
Δm＝＝ kg＝×1010 kg≈4.4×109 kg；
5 000年内太阳总共减少的质量为
ΔM＝5 000×365×24×3 600×4.4×109 kg≈6.9×1020 kg；
与总质量的比值为＝＝3.45×10－10.
12．地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108 m/s跟随A飞行，求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度．
答案：(1)－1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s
解析：(1)飞船A对地面的速度v＝2.5×108 m/s，设B对A的速度为u′，飞船B对地面的速度u＝2.0×108 m/s，由相对论速度变换公式u＝，得u′＝＝－1.125×108 m/s
(2)飞船B上乘客看飞船A的速度则相反为1.125×108 m/s.
13．把一个静止质量为m0的粒子，加速到0.6c(c为光速)，需要做多少功？
答案：0.25m0c2
解析：由爱因斯坦质能方程知，粒子静止时的能量E0＝m0c2.粒子以速度v运动时的能量E＝mc2，而由质速关系得，粒子以速度v运动的质量m＝＝1.25m0，粒子运动的能量：Ek＝E－E0＝mc2－m0c2＝0.25m0c2.由动能定理可知，对粒子做的功应为粒子加速过程中的动能的增量，即W＝Ek－0＝0.25m0c2.
广义相对论简介
一、选择题(1～5为单选，6～10为多选)
1．物理学发展过程中，不少物理学家作出了重大贡献，下列有关物理学史不符合事实的是( D )
A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在
B．赫兹首先捕捉到电磁波
C．伽利略认为，力学规律在任何惯性参考系中都是相同的
D．爱因斯坦通过质能方程阐明质量就是能量
解析：质能方程指出了物体的能量与质量之间存在对应关系，但质量不是能量．
2．某星体以速度v离开地球，其谱线在地球上看来( B )
A．光谱不变 B．光谱红移
C．光谱紫移 D．光谱压缩
解析：星体以速度v离开地球时，在它们之间传播的电磁波的频率会变低，因此光谱线在地球上看来频率变低即光谱红移．
3．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是( B )
A．u＝u′＋v B．u
解析：按照经典时空观，u＝u′＋v，而实际上，根据相对论速度变换公式：u＝，1＋>1，所以严格来说，应当u
A．0.1 B．0.2
C．0.5 D．0.9
解析：由题意E＝m0c2，即：m0c2＝0.511×106×1.6×10－19 J，ΔE＝Δmc2，即：Δmc2＝0.25×106×1.6×10－19 J，可得＝≈0.5，故只有C项正确．
5．回旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是( D )
A．加速器功率有限，不能提供足够大的能量
B．加速器内无法产生磁感强度足够大的磁场
C．加速器内无法产生电场强度足够大的电场
D．速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速
解析：回旋加速器中带电粒子运动的周期为T＝，当粒子速度比较小时，可以认为其质量是不变的，那么其周期也不变．但当粒子的速度很大，接近光速时，其质量明显增大，周期也发生了明显变化，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速．
6．下列说法中正确的是( BCD )
A．万有引力可以用狭义相对论作出正确解释
B．电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释
C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论
D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架
解析：广义相对论提出的背景是：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架；惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位．
7．以下说法中，错误的是( CD )
A．矮星表面的引力很强
B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些
C．在引力场越弱的地方，物体长度越长
D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移
解析：矮星表面引力很强，按广义相对论，那里的时间进程比较慢．
8．下列说法中正确的是( ACD )
A．物质的引力使光线弯曲
B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用
C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢
D．广义相对论可以解释引力红移现象
解析：由广义相对论的推论可知，光线在引力场中偏转，选项A正确，选项B错误；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，选项C、D正确．
9．关于物体的质量，下列说法正确的是( ACD )
A．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的
B．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化
C．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
D．在相对论力学中，物体的质量随物体的速度的增大而增大
解析：在绝对时空观中，物体的质量是不变的，选项A正确，选项B错误；在相对论力学中，物体的速度越大，能量越大，质量越大，选项C、D正确．
10．在引力可以忽略的空间中，有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，请问下列说法正确的是( AD )
A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的
B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的
C．船内的航天员以飞船为参考系看到的这束光是沿直线传播的
D．船内的航天员以飞船为参考系看到的这束光是沿曲线传播的
解析：选项A参照物不是飞船，而是相对于光束是静止的物体，光束沿直线传播，选项A正确；选项D参照系是飞船，相对于光束是运动的物体，而且与光束成一定的夹角．在飞船
速度是匀速的情况下，可以认为光束是直线传播的，然而飞船不是匀速的，所以光束的合成方向必然会发生改变，选项D正确．
二、非选择题
11．太阳在不断地辐射能量，因而其质量也在不断地减小．若太阳每秒辐射的总能量为4×1026 J，试计算太阳在一秒内失去的质量．估算5 000年总共减少了多少质量，并与太阳的总质量2×1027 t比较．
答案：4.4×109 kg 6.9×1020 kg
减少了太阳总质量的3.45×10－10倍
解析：太阳每秒失去的质量为
Δm＝＝ kg＝×1010 kg≈4.4×109 kg；
5 000年内太阳总共减少的质量为
ΔM＝5 000×365×24×3 600×4.4×109 kg≈6.9×1020 kg；
与总质量的比值为＝＝3.45×10－10.
12．地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108 m/s跟随A飞行，求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度．
答案：(1)－1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s
解析：(1)飞船A对地面的速度v＝2.5×108 m/s，设B对A的速度为u′，飞船B对地面的速度u＝2.0×108 m/s，由相对论速度变换公式u＝，得u′＝＝－1.125×108 m/s
(2)飞船B上乘客看飞船A的速度则相反为1.125×108 m/s.
13．把一个静止质量为m0的粒子，加速到0.6c(c为光速)，需要做多少功？
答案：0.25m0c2
解析：由爱因斯坦质能方程知，粒子静止时的能量E0＝m0c2.粒子以速度v运动时的能量E＝mc2，而由质速关系得，粒子以速度v运动的质量m＝＝1.25m0，粒子运动的能量：Ek＝E－E0＝mc2－m0c2＝0.25m0c2.由动能定理可知，对粒子做的功应为粒子加速过程中的动能的增量，即W＝Ek－0＝0.25m0c2.