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2019年高中物理 第十五章 相對論簡介 15.1 相對論的誕生 15.2 時(shí)間和空間的相對性檢測 新人教版選修3-4 1．有下列幾種說法：①所有慣性系統(tǒng)對物理基本規(guī)律都是等價(jià)的；②在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)；③在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同．關(guān)于上述說法(　　) A．只有①②是正確的 B．只有①③是正確的 C．只有②③是正確的 D．三種說法都是正確的 【解析】　狹義相對論認(rèn)為，物體所具有的一切物理量可以因所選參考系的不同而不同，但它們在不同的參考系中所遵循的物理規(guī)律卻是相同的，即①②都正確．光速不變原理認(rèn)為，在不同的慣性參考系中，一切物理定律都是相同的，即光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同． 【答案】　D 2．以下說法中正確的是(　　) A．經(jīng)典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的 B．經(jīng)典物理規(guī)律也適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體 C．力學(xué)規(guī)律在一個(gè)靜止的參考系和一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的參考系中是不等價(jià)的 D．力學(xué)規(guī)律在任何慣性系里都是等價(jià)的 【解析】　經(jīng)典物理規(guī)律適用低速宏觀的物體，B錯(cuò)，A錯(cuò)；由伽俐略相對性原理，可判斷C錯(cuò)，D對． 【答案】　D 3．下列判斷正確的是(　　) A．“電磁波的速度是c”是相對于地球而言的 B．“電磁波的速度是c”是相對于某一特殊參考系而言的 C．真空中的光速在不同參考系中都是相同的 D．以上說法都不對 【解析】　由狹義相對性原理可判斷C正確． 【答案】　C 4．關(guān)于牛頓力學(xué)的適用范圍，下列說法正確的是(　　) A．適用于宏觀低速物體 B．適用于微觀高速物體 C．適用于宏觀高速物體 D．適用于微觀低速物體 【解析】　牛頓力學(xué)適用了宏觀低速的物體，A正確． 【答案】　A 5．下列關(guān)于狹義相對性原理的說法中正確的是(　　) A．狹義相對性原理是指力學(xué)規(guī)律在一切參考系中都相同 B．狹義相對性原理是指一切物理規(guī)律在一切參考系中都相同 C．狹義相對性原理是指一切物理規(guī)律在所有慣性參考系中都相同 D．狹義相對性原理與經(jīng)典相對性原理沒有區(qū)別 【解析】　經(jīng)典力學(xué)的相對性原理是指一切力學(xué)規(guī)律在所有慣性系中都是相同的，而狹義相對性原理是指一切物理規(guī)律在所有慣性參考系中都相同．一定要注意它和經(jīng)典力學(xué)的相對性原理的區(qū)別．即狹義相對性原理中的“規(guī)律”是指一切物理規(guī)律，而經(jīng)典力學(xué)的相對性原理中的“規(guī)律”只是指力學(xué)規(guī)律，范圍比前者小許多． 【答案】　C 6．(多選)通常我們把地球和相對地面靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)的物體參考系看成是慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則屬于非慣性系的有(　　) A．停在地面上的汽車 B．繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船 C．在大海上勻速直線航行的輪船 D．進(jìn)站時(shí)減速行駛的火車 【解析】　“繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船”、“進(jìn)站時(shí)減速行駛的火車”不是相對地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體． 【答案】　BD 7．(多選)設(shè)某人在速度為0.5c的飛船上，打開一個(gè)光源，則下列說法正確的是(　　) A．飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5c B．飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5c C．在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是c D．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c 【解析】　根據(jù)狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)之一：光速度不變原理可知，觀察者在地面上，飛船中觀測光的速度均為c，故C、D正確，A、B錯(cuò)誤． 【答案】　CD 8．飛船在高空以c的速度向目標(biāo)飛行，從飛船上向目標(biāo)方向發(fā)射一個(gè)光信號，則在地面的觀察者來看光信號的速度是1.1c嗎？ 【解析】　由經(jīng)典力學(xué)的相對性原理可知，光信號相對地面的速度v＝c＋c＝1.1c，但這一結(jié)論是錯(cuò)誤的．根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，真空中的光速相對于飛船為c，相對于地面也為c，對不同慣性參考系是相同的，這一結(jié)論已被邁克耳孫——莫雷實(shí)驗(yàn)所證實(shí)． 【答案】　在地面的觀察者來看光信號的速度為c，不是1.1c. 1．一艘大船在平靜的大洋中勻速行駛，一個(gè)人在其密閉的船艙內(nèi)向各個(gè)不同的方向做立定跳遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)，并想由此來判斷船航行的方向，假設(shè)他每次做的功相同，下列說法正確的是(　　) A．如果向東跳得最遠(yuǎn)，則船向東行駛 B．如果向東跳得最近，則船向東行駛 C．他向各個(gè)方向跳的最大距離相同，不能由此判斷船行方向 D．他向各個(gè)方向跳的最大距離不同，但不能由此判斷船行方向 【解析】　由狹義相對論的相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，所以這個(gè)人不能判斷船行方向；根據(jù)功能關(guān)系，可判斷他向各個(gè)方向跳的最大距離相同，故C正確． 【答案】　C 2．關(guān)于愛因斯坦的狹義相對論，下列說法正確的是(　　) A．狹義相對論的基本假設(shè)之一是光速不變原理 B．有些運(yùn)動(dòng)物體相對于觀察者的速度可以大于真空中的光速 C．力學(xué)規(guī)律在任何參考系中都是相同的 D．對于不同的慣性系，物理規(guī)律(包括力學(xué)和電磁學(xué)的)都是不同的 【解析】　狹義相對論的基本假設(shè)：(1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，所以只有A項(xiàng)正確． 【答案】　A 3．話說有兄弟兩個(gè)，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空，經(jīng)過一段時(shí)間返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多，則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是(　　) A．哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長了 B．弟弟思念哥哥而加速生長了 C．由相對論可知，物體速度越大，在其上的時(shí)間進(jìn)程就越慢，生理過程也越慢 D．這是神話，科學(xué)無法解釋 【解析】　根據(jù)相對論的時(shí)間延緩效應(yīng)，當(dāng)飛船速度接近光速時(shí)，時(shí)間會(huì)變慢．時(shí)間延緩效應(yīng)對生命過程、化學(xué)反應(yīng)等也是成立的．飛船運(yùn)行的速度越大，時(shí)間延緩效應(yīng)越明顯，人體的新陳代謝越緩慢． 【答案】　C 4．一飛船以u＝9103 m/s的速率相對于地面飛行，飛船上的鐘走了5 s，用地面上的鐘測量經(jīng)過了多長時(shí)間？ 【解析】　飛船上的鐘走的時(shí)間Δτ＝5 s，用地面上的鐘測量經(jīng)過的時(shí)間Δt＝＝s≈5.000 000 002 s，由此可見，即使這么高的速度，時(shí)間膨脹還是小到可以忽略的程度． 【答案】　5.000 000 002 s 5．一張?jiān)诼放缘男麄鳟嬍沁呴L為5 m的正方形，一高速列車以2108 m/s速度接近此宣傳畫，在司機(jī)看來，這張宣傳畫是什么樣子？ 【解析】　由l＝l0可知，在沿列車前進(jìn)的方向上正方形的邊長為l1＝5m＝m≈3.7 m，在垂直于列車運(yùn)動(dòng)的方向上畫的邊長不變，因此，這宣傳畫為5 m3.7 m的長方形． 【答案】　5 m3.7 m的長方形