《2017-2018學(xué)年高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 章末小結(jié)與測(cè)評(píng)教學(xué)案 魯科版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 章末小結(jié)與測(cè)評(píng)教學(xué)案 魯科版選修3-4（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第6章 相對(duì)論與天體物理 狹義相對(duì)論 狹義相對(duì)論的基本原理。 (1)狹義相對(duì)性原理：物理規(guī)律(力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué))等對(duì)于所有慣性系都具有相同的形式。 (2)光速不變?cè)恚涸谌魏螒T性系中，光在真空中的速度恒為c，與光源的運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 (3)時(shí)間的相對(duì)性：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢：Δt＝。 (4)長(zhǎng)度的相對(duì)性：一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度小。公式為l＝ l0。 (5)相對(duì)論的速度疊加：u＝ 1．設(shè)想地球上有一觀察者測(cè)得一宇宙飛船以0.60c的速率向東飛行，5.0 s后該飛船將與一個(gè)以0.80c的速率向西飛行的彗星相

2、碰撞，試問(wèn)： (1)飛船中的人測(cè)得彗星將以多大的速率向它運(yùn)動(dòng)？ (2)從飛船中的時(shí)鐘來(lái)看，還有多少時(shí)間允許它離開(kāi)航線以避免與彗星碰撞？ 解析：(1)這是一個(gè)相對(duì)論速度變換問(wèn)題。取地球?yàn)閟系，飛船為s′系，向西為正向，則s系相對(duì)s′系的速度v＝0.60c，彗星相對(duì)s系的速度ux＝0.80c， 由速度變換可得 ux′＝＝0.946c 即彗星以0.946c的速率向飛船靠近。 (2)由時(shí)間間隔的相對(duì)性有 Δt＝＝5.0 s 解得Δt′＝4.0 s 答案：(1)0.946c　(2)4.0 s 廣義相對(duì)論 1．廣義相對(duì)論的基本原理 (1)廣義相對(duì)性原理：在任何參考系(包括非慣

3、性系)中物理規(guī)律都是相同的。 (2)等效原理：勻加速參考系中的慣性力場(chǎng)與均勻引力場(chǎng)不可區(qū)分。 2．廣義相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu)——彎曲時(shí)空 (1)引力場(chǎng)中，時(shí)鐘變慢。 (2)在與引力垂直的方向上，空間間隔變短，發(fā)生了彎曲。 2．以下說(shuō)法中正確的是(　　) A．矮星表面的引力很強(qiáng) B．在引力場(chǎng)弱的地方比引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，時(shí)鐘走得慢些 C．在引力場(chǎng)越弱的地方，物體長(zhǎng)度越長(zhǎng) D．在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向綠端偏移 解析：因矮星體積很小，質(zhì)量卻不小，所以矮星表面引力很強(qiáng)，A對(duì)；根據(jù)廣義相對(duì)論的結(jié)論，引力場(chǎng)越強(qiáng)，時(shí)間進(jìn)程越慢，在垂直引力方向上長(zhǎng)度變短，而引力方向上沒(méi)有這種效應(yīng)，所以B、C錯(cuò)

4、；在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向紅端偏移，稱為引力紅移，D錯(cuò)。 答案：A (時(shí)間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(共8小題，每小題6分，共48分，每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確。) 1．關(guān)于相對(duì)論的下列說(shuō)法，正確的是(　　) A．狹義相對(duì)論只研究力學(xué)規(guī)律 B．狹義相對(duì)論只研究慣性系 C．廣義相對(duì)論的等效原理是指慣性系和非慣性系等效 D．強(qiáng)引力可導(dǎo)致光線和空間彎曲是狹義相對(duì)論的結(jié)論 解析：選B　根據(jù)狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的原理知，B項(xiàng)正確。 2．如圖1所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C。假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的

5、觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　) 圖1 A．同時(shí)被照亮　　　　　 　B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．無(wú)法判斷 解析：選C　因列車沿AC方向接近光速行駛，根據(jù)“同時(shí)”的相對(duì)性，即前邊的事件先發(fā)生，后邊的事件后發(fā)生可知C先被照亮，答案為C。 3．坐在做勻速直線運(yùn)動(dòng)的公共汽車上的售票員，觀察到車的前、后門(mén)是同時(shí)關(guān)上的，地面上的觀察者觀察到的是(　　) A．同時(shí)關(guān)上 B．前門(mén)先于后門(mén)關(guān)上 C．后門(mén)先于前門(mén)關(guān)上 D．不能確定 解析：選C　由于車是運(yùn)動(dòng)的，后門(mén)的光先于前門(mén)的光傳至觀察者，因此地面上的人先看到后門(mén)關(guān)上。 4．假設(shè)地面上有一列火車以接近光速的速

6、度運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)站著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀察車?yán)锏娜?，觀察的結(jié)果是(　　) A．這個(gè)人瘦但不高 B．這個(gè)人矮但不胖 C．這個(gè)人是個(gè)瘦高個(gè)兒 D．這個(gè)人是個(gè)矮胖子 解析：選A　由狹義相對(duì)論知在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度變短，在垂直運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度不變，故A項(xiàng)正確。 5．A、B兩架飛機(jī)沿地面上一足球場(chǎng)的長(zhǎng)度方向在其上空高速飛過(guò)，且vA＞vB，在飛機(jī)上的人觀察結(jié)果正確的是(　　) A．A飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比B飛機(jī)上的人觀察到的大 B．A飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的寬度比B飛機(jī)上的人觀察到的小 C．兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度相同 D．兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的寬度相同 解析

7、：選D　因?yàn)楫?dāng)一個(gè)慣性系的速度比較大時(shí)，根據(jù)l＝l0 知，沿飛行方向長(zhǎng)度減小，而且速度越大，長(zhǎng)度越小，故A、C均錯(cuò)誤；而垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，寬度是不隨速度而變化的，因此B錯(cuò)誤，D正確。 6．設(shè)某人在速度為0.5 c的飛船上，打開(kāi)了一個(gè)光源，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5 c B．飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5 c C．在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速可能小于c D．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c 解析：選D　根據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)“光速不變?cè)怼笨芍赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性系中都是相同的，所以真空

8、中的光速相對(duì)于火箭的速度為c，相對(duì)于地面的速度也為c。 7．經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為，一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同。但在相對(duì)論理論中，對(duì)桿長(zhǎng)度的說(shuō)法中正確的是(　　) A．一條沿自身長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小 B．一條沿自身長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度與靜止時(shí)桿的長(zhǎng)度相等 C．在垂直于自身長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度小于靜止時(shí)的長(zhǎng)度 D．如果兩條平行的桿在沿自身的長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)，與它們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀察者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿變長(zhǎng)了 解析：選A　根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)性原理可知在沿桿高速運(yùn)動(dòng)的方向上桿變短了，故A正確，B、D錯(cuò)誤；但在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上桿不發(fā)生長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，故

9、C錯(cuò)誤。 8．宇宙飛船相對(duì)于地面以速度v做勻速直線飛行，某一時(shí)刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào)，經(jīng)過(guò)Δt(飛船上的鐘)時(shí)間后，被尾部的接收器收到，則由此可知飛船的固有長(zhǎng)度為(　　) A．c·Δt　　　　　　　　 　B．v·Δt C．c·Δt· D. 解析：選A　根據(jù)光速不變?cè)砑斑\(yùn)動(dòng)學(xué)公式，飛船的長(zhǎng)度為速度與時(shí)間之積。 二、非選擇題(共4小題，共52分。解答時(shí)應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟。有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 9．(12分)若一宇宙飛船對(duì)地以速度v運(yùn)動(dòng)，宇航員在飛船內(nèi)沿同方向測(cè)得光速為c，問(wèn)在地面上的觀察者看來(lái)，光速應(yīng)為v＋c嗎？ 解析：由相對(duì)論

10、速度疊加公式u＝，式中u′等于c，代入公式求得光對(duì)地速度u＝＝c，結(jié)果同樣符合光速不變?cè)怼? 答案：在地面上的觀察者看來(lái)，光速是c不是v＋c。 10．(12分)“世界物理年”決議的作出與愛(ài)因斯坦的相對(duì)論時(shí)空觀有關(guān)。根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論，一把米尺，在它與觀察者有不同相對(duì)速度的情況下，米尺長(zhǎng)度是不同的，它們之間的關(guān)系如圖2所示。 圖2 由此可知，當(dāng)米尺和觀察者的相對(duì)速度達(dá)到0.8c(c為光速)時(shí)，米尺長(zhǎng)度大約是________m。在日常生活中，我們無(wú)法覺(jué)察到米尺長(zhǎng)度變化的現(xiàn)象，是因?yàn)橛^察者相對(duì)于米尺的運(yùn)動(dòng)速度______________________________________

11、_________________________ ________________________________________________________________________。 解析：由圖可知，當(dāng)橫坐標(biāo)為0.8c時(shí)，長(zhǎng)度為0.6 m。 在日常生活中，觀察者相對(duì)于米尺的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速或速度很小。 答案： 0.6　遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速或速度很小 11．(14分)假設(shè)宇宙飛船從地球射出，沿直線到達(dá)月球，距離是3.84×108 m。它的速度在地球上被測(cè)得為0.30 c，根據(jù)地球上的時(shí)鐘，這次旅行要用多長(zhǎng)時(shí)間？根據(jù)宇宙飛船所做的測(cè)量，地球和月球的距離是多少？怎樣根據(jù)這個(gè)算得

12、的距離，求出宇宙飛船上時(shí)鐘所讀出的旅行時(shí)間？ 解析：設(shè)地球和月球位于K系x軸，地球位于O處、月球位于L0處，飛船為K′系，相對(duì)K系以速度v沿x軸正向運(yùn)動(dòng)。 地球上的時(shí)鐘顯示的旅行時(shí)間為Δt＝L0/v≈4.27 s 在飛船上測(cè)量地、月距離L時(shí)，K′系的L0是固有長(zhǎng)度，由“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)：L＝L0≈3.66×108 m 飛船上的時(shí)鐘顯示的旅行時(shí)間為Δt′＝L/v≈4.07 s Δt′＜Δt，即“動(dòng)鐘變慢”，對(duì)于飛船而言，“離開(kāi)地球”和“到達(dá)月球”兩事件都發(fā)生在飛船上，所以飛船時(shí)鐘顯示的時(shí)間間隔是“固有時(shí)”。 答案：4.27 s　3.66×108 m　4.07 s 12．(14分)π＋介子是一不穩(wěn)定粒子，平均壽命是2.6×10－8 s(在它自己參考系中測(cè)得)。 (1)如果此粒子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室以0.8c的速度運(yùn)動(dòng)，那么在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中測(cè)量的π＋介子壽命多長(zhǎng)？ (2)π＋介子在衰變前運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)距離？ 解析：π＋介子在實(shí)驗(yàn)室中的壽命為 Δt＝ ＝ s＝4.3×10－8 s 設(shè)粒子在衰變前，運(yùn)動(dòng)的距離 s＝vΔt＝0.8×3×108×4.3×10－8 m＝10.32 m。 答案：4.3×10－8 s　10.32 m 6