第5章《科学进步无止境》单元测试卷-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册word版含答案

第5章《科学进步无止境》单元测试卷
一、单选题(共15小题)
1.惯性系S中有一边长为l的正方形(如下图所示)，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像是(　　)
A．
B．
C．
D．
2.美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在．引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性．关于经典力学，下列说法正确的是(　　)
A．
经典力学完全适用于宏观低速运动
B．
经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．
随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D．
由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
3.对于时空观的认识，下列说法正确的是(　　)
A．
相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B．
相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例
C．
相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D．
经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用
4.如图所示，按照相对论的观点，火箭A是迎着光行驶的，火箭B是“追赶”光的，若两火箭相对于地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为(　　)
A．c＋v　c－v
B．c－v　c＋v
C．c　c
D．
无法确定
5.下列关于经典力学的说法正确的是(　　)
A．
经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体
B．
经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子
C．
相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了
D．
经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此任何情况下都适用
6.关于牛顿力学和相对论，下列说法正确的是(　　)
A．
牛顿力学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B．
相对论是在否定了牛顿力学的基础上建立起来的
C．
相对论和牛顿力学是两种不同的学说，二者没有联系
D．
牛顿力学包含在相对论之中，牛顿力学是相对论的特例
7.经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动，这里的“高速”是指(　　)
A．
声音在空气中的传播速度
B．
第一宇宙速度
C．
高铁列车允许行驶的最大速度
D．
接近真空中光的传播速度
8.经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指(　　)
A．
行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B．
地球表面上的物质世界
C．
人眼能看到的物质世界
D．
不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
9.甲、乙、丙是三个完全相同的时钟，甲放在地球上，乙、丙分别放在两个高速运动的火箭上，以速度v乙和v丙朝同一方向远离地球飞行，v乙A．
甲时钟走得最慢
B．
乙时钟走得最慢
C．
丙时钟走得最慢
D．
甲、乙、丙时钟快慢一样
10.地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在高速运动的火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图所示)，哪个事件先发生(　　)
A．A事件先发生
B．B事件先发生
C．
两个事件同时发生
D．
可能是A事件先发生，也可能是B事件先发生
11.经典力学的局限性体现在其理论只适用于(　　)
A．
微观、低速、弱引力领域
B．
微观、高速、强引力领域
C．
微观、高速、弱引力领域
D．
宏观、低速、弱引力领域
12.某宇航员要到离地球5
光年的星球上去旅行，如果把这段路程缩短为3
光年，则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)
A．
0.5c
B．
0.6c
C．
0.8c
D．
0.9c
13.一艘太空飞船静止时的长度为30
m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是(　　)
A．
飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30
m
B．
地球上的观测者测得该飞船的长度小于30
m
C．
飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．
地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
14.如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为光速)的飞船在太空中同向运动．则下列说法中正确的是(　　)
A．
乙观察到甲身高变高
B．
甲观察到乙身高变低
C．
若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快
D．
若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c
15.某星际飞船正在遥远的外太空飞行，假如它的速度可以达到0.7c，在地球上观测到其经过8.76×104h的时间到达某星球，则在飞船上的人看来，其到达此星球需要的时间是(　　)
A．
8.76×104h
B．
6.26×104h
C．
12.27×104h
D．
16.52×104h
二、填空题(共3小题)
16.如图甲所示，竖直墙上挂一面时钟，地面上的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8c(c为光速)的速度平行于y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′，则S________S′(填“大于”“等于”或“小于”)．时钟与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率也是不同的，它们之间的关系如图所示，A观察者观察到钟的周期是2.0
s，则B观察到时钟的周期约为________
s.
17.来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线，μ子低速运动时的寿命只有3.0
μs，按常理，μ子不可能穿过高度大于100
km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子．则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命________(选填“大于”“等于”或“小于”)3.0
μs.如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度______(选填“大于”“等于”或“小于”)
100
km；如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速________(选填“大于”“等于”或“小于”)c.
18.如图所示，某车沿水平方向以接近光速的速度行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前、后壁，则地面上的观察者认为该闪光________(选填“先到达前壁”“先到达后壁”或“同时到达前、后壁”)，同时他观测到车厢的长度比静止时变________(选填“长”或“短”)了．
三、简答题(共1小题)
19.火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号，火箭上测得光离开的速度是c，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速是多少？根据狭义相对论原理呢？
四、计算题(共3小题)
20.一支静止时长为L的火箭以v的速度从观察者的身边飞过．
(1)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？
(2)观察者测得火箭的长度应为多少？
(3)如果火箭的速度为光速的，观察者测得火箭的长度应为多少？
21.带正电的π介子是一种不稳定的粒子，当它静止时，平均寿命为2.5×10－8s，然后就衰变为一个μ子和一个中微子．今有一束π介子，在实验室中测得它的速率为u＝0.99c，并测出它从产生到衰变通过的平均距离为52
m.
(1)问这个测量结果与理论值是否一致？
(2)相对于π介子静止的参考系中π介子的平均寿命是多少？
22.一张正方形宣传画边长为5
m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机测量时的宽度为多少？高度为多少米？
答案解析
1.【答案】C
【解析】由l＝l0可知沿速度方向即x轴方向的长度变短了，而垂直于速度方向，即y轴上的边长不变，故C正确．
2.【答案】A
【解析】经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，不会过时也不会失去价值，故C、D错误．
3.【答案】B
【解析】相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．选项A、C、D错误，B正确．
4.【答案】C
【解析】根据光速不变原理，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，因此在火箭A、B两个惯性参考系中，观察者测量到的光速一样大，均为c，故C正确．
5.【答案】A
【解析】
6.【答案】D
【解析】相对论的建立并没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论在一定条件下的特殊情形，所以A、B、C错误，D正确．
7.【答案】D
【解析】这里的“高速”是指接近真空中的光的传播速度，故D正确，A、B、C错误．
8.【答案】D
【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.
9.【答案】C
【解析】钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走得越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；甲时钟放在地面上，在地面上的观察者看来，甲钟没有变化．乙、丙两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，乙、丙变慢，由于v乙10.【答案】B
【解析】可以设想，在事件A发生时，A处发出一个闪光，在事件B发生时，B处发出一个闪光，两闪光相遇作为一个事件，发生在线段AB的中点，这在不同的参考系中看都是一样的．这个现象在地面参考系中很容易解释，两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇．火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭的方向运动，从闪光发生到两闪光相遇，线段中点向火箭的方向运动了一段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的传播速度相同，一定是闪光B发出得早一些，所以B事件先发生，选项B正确．
11.【答案】D
【解析】经典力学在微观、高速情况下不再适用，经典力学的适用条件为宏观世界、低速运动、弱引力领域，故D正确．
12.【答案】C
【解析】由l＝l0，且＝，可得v＝0.8c，故C正确．
13.【答案】B
【解析】由l＝l0知A错误，B正确；由相对论时空观的基本假设知光信号的速度都等于c，C、D错误．
14.【答案】D
【解析】因为人是垂直速度方向站立的，身高方向上没有长度收缩效应，即甲、乙观察到对主的身高不变，故A、B错误；根据相对论的时间延缓效应，可知乙观察到甲动作变慢，故C错误；根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为c，故D正确．
15.【答案】B
【解析】Δτ＝Δt＝8.76×104×h≈6.26×104h，故B正确．
16.【答案】大于　3.3
【解析】由题意可知，A相对于地面静止，B以0.8c的速度平行于y轴运动，故在z轴方向上时钟的直径长度不变，y轴方向上缩短，其面积缩小．由对应的频率—速度图像可知，当B以0.8c的速度运动时，对应的频率大约为0.3
Hz，故周期约为3.3
s.
17.【答案】大于　小于　等于
【解析】μ子低速运动时的寿命只有3.0
μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0
μs；根据长度收缩效应得，如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度小于100
km；根据光速不变原理得，如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c.
18.【答案】先到达后壁　短
【解析】由于车向前运动，地面上的观察者认为该闪光先到达后壁，根据尺缩效应，他观测到车厢的长度比静止时的短．
19.【答案】见解析
【解析】由题意可知，根据速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速应为c－0.75c＝0.25c；而根据狭义相对论可知，光速在任意参考系中均保持不变，故在地球上测得光速为c.
20.【答案】(1)L　(2)L　(3)L
【解析】(1)火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度相同，即为L.
(2)地面上观察者看火箭时，有相对速度v，测量长度将变短，由相对论长度收缩效应公式知L′＝L，其中c为真空中的光速．
(3)将v＝代入长度收缩效应公式得L′＝l.
21.【答案】(1)一致　(2)2.5×10－8s
【解析】(1)根据时间间隔的相对性，当π介子以u＝0.99c的速率相对实验室运动时，在实验室中测得的平均寿命应为Δt＝＝s≈1.8×10－7s.
在实验室中测得π介子通过的平均距离约为d＝uΔt＝0.99×3.0×108×1.8×10－7m≈53
m，考虑到实验误差，这个测量结果与计算结果一致．
(2)在相对π介子静止的参考系中观察，实验室的运动速率为u＝0.99c，而在实验室中测得π介子通过的距离为l0＝52
m，
则在相对介子静止的参考系中测得实验室通过的距离l＝l0＝52×m≈7.3
m.
实验室通过l所用的时间就是π介子从产生到衰变的时间，即π介子的平均寿命为Δt＝＝s≈2.5×10－8s.
22.【答案】3.7
m　5
m
【解析】垂直速度方向的长度不变，仍然是5
m，运动方向上长度变短，为l＝l0＝5×m≈3.7
m.