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2019-2020年高中物理 第15章 第1、2節(jié) 相對論的誕生同步練習(xí) 新人教版選修3-4 一、選擇題(1～3題為單選題，4～6題為多選題) 1．(廣州市十二中xx～xx學(xué)年高二學(xué)業(yè)水平測試)為經(jīng)典力學(xué)作出最重要貢獻(xiàn)的物理學(xué)家是(　　) A．愛因斯坦 B．麥克斯韋 C．法拉第 D．牛頓 答案：D 解析：愛因斯坦提出了光子說與相對論，A錯誤；麥克斯韋提出了電磁場理論，并預(yù)言了電磁波的存在，B錯誤；在研究電磁現(xiàn)象時，法拉第利用假設(shè)思想方法引入了“場”的概念，C錯誤；英國科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了牛頓第三個定律以及萬有引力定律，為經(jīng)典力學(xué)作出最重要貢獻(xiàn)，故D正確。 2．下列說法中不正確的是(　　) A．一根桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，這是經(jīng)典物理學(xué)家的觀點 B．一根沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小 C．一根桿的長度靜止時為l0，不管桿如何運動，桿的長度均小于l0 D．如果兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們一起運動的兩位觀察者都會認(rèn)為對方的桿縮短了 答案：C 解析：若桿沿垂直于自身長度的方向運動，它的長度將不變。 3．某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這路程縮短為3光年，則他所乘飛船相對地球的速度為(　　) A．0.5c　　 B．0.6c　　 C．0.8c　　 D．0.9c 答案：C 解析：由Δt′＝Δt得，3＝5，解得v＝0.8c。 4．關(guān)于狹義相對論的兩個假設(shè)，下列說法正確的是(　　) A．在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B．在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣 C．真空中的光速在不同的慣性參考中都是相同的 D．真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的 答案：AC 解析：狹義相對論的兩個基本假設(shè)分別是狹義相對性原理和光速不變原理，選項A、C正確。 5．A、B兩架飛機沿地面上一足球場的長軸方向在其上空高速飛過，且vA>vB，對于在飛機上的人觀察結(jié)果，下列說法正確的是(　　) A．A飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的大 B．A飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的小 C．兩飛機上的人觀察到足球場的長度相同 D．兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同 答案：BD 解析：由l＝l0(其中l(wèi)0是相對足球場靜止時的長度)，可以看出，速度越大，“動尺變短”的效應(yīng)越明顯，選項B正確；但是足球場的短軸與飛機速度方向垂直，所以兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同。 6．下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀，正確的是(　　) A．經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的 B．在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，空間間隔是絕對的，即任何事件(或物體的運動)所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān) C．在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，時間間隔是絕對的，即如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點距離是絕對的不變的量值，而與參考系選取無關(guān) D．經(jīng)典力學(xué)的時空觀就是一個絕對的時空觀，時間與空間、物體的運動無關(guān) 答案：ABCD 解析：經(jīng)典的時空觀認(rèn)為，時間、空間均是絕對的，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。同時也是絕對的，即在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在不同參考系中觀察也是同時發(fā)生的，故A、B、C、D均正確。 二、非選擇題 7．如圖所示，在地面上M點固定一光源，在離光源等距的A、B兩點上固定有兩個光接收器，今使光源發(fā)出一閃光，問： (1)在地面參考系中觀測，誰先接收到光信號？ (2)在沿AB方向高速運動的火車參考系中觀測，誰先接收到光信號？ 答案：(1)同時收到　(2)B先收到 解析：(1)因光源離A、B兩點等距，光向A、B兩點傳播速度相等，則光到達(dá)A、B兩點所需要的時間相等，即在地面參考系中觀測，兩接收器同時收到光信號。 (2)對于火車參考系來說，光源和A、B兩接收器都沿方向運動，當(dāng)光源發(fā)出的光向A、B傳播時，A和B都沿BA方向運動了一段距離到達(dá)A′和B′。如圖所示，所以光到達(dá)A′的距離更長，到達(dá)B′的距離更短。所以B比A先收到信號。 8．假想在xx年，有一太空船以0.8c的速度飛向“月球太空站”。一科學(xué)家在月球上測量運動中的太空船長度為200m，此太空船最后在月球上登陸，此科學(xué)家再度測量靜止的太空船的長度，測量的結(jié)果如何？ 答案：333m 解析：設(shè)在月球上測得運動的太空船的長度為l，靜止的太空船長度為l0， 依據(jù)狹義相對論的長度收縮效應(yīng)有 l＝l0， 所以l0＝＝≈333m 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4題為多選題) 1．假設(shè)甲在接近光速的火車上看地面上乙手中沿火車前進(jìn)方向放置的尺，同時地面上的乙看甲手中沿火車前進(jìn)方向放置的相同的尺，則下列說法正確的是(　　) A．甲看到乙手中的尺長度比乙看到自己手中的尺長度大 B．甲看到乙手中的尺長度比乙看到自己手中的尺長度小 C．乙看到甲手中的尺長度比甲看到自己手中的尺長度大 D．乙看到甲手中的尺長度與甲看到自己手中的尺長度相同 答案：B 解析：由l＝l0可知，運動的觀察者觀察靜止的尺子和靜止的觀察者觀察運動的尺子時，都發(fā)現(xiàn)對方手中的尺子比自己手中的變短了，故B正確，A、C、D錯誤。 2．用相對論的觀點判斷，下列說法錯誤的是(　　) A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變 B．在地面上的人看來，以10 km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準(zhǔn)確的 C．在地面上的人看來，以10km/s的速度運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些 D．當(dāng)物體運動的速度v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計 答案：A 解析：按照相對論的觀點，時間和空間都是相對的，A錯誤；由Δt＝可知，運動的時鐘變慢了，但飛船中的鐘相對觀察者靜止，時鐘準(zhǔn)確，B正確；由l＝l0可知，地面上的人看飛船 ，和飛船上的人看地面上的人都沿運動方向長度減小，C正確。當(dāng)v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計，故D也正確。 3．假設(shè)地面上有一火車以接近光速的速度運行，車內(nèi)站立著一個中等身材的人，站在路旁邊的人觀察車?yán)锏娜耍^察的結(jié)果是(　　) A．這個人是一個矮胖子 B．這個人是一個瘦高個子 C．這個人矮但不胖 D．這個人瘦但不高 答案：D 解析：人是站著的，路旁的人觀察到的車內(nèi)的人沿車運動的方向上的長度(決定胖瘦)變短了，所以人變瘦。但人在垂直于車運動方向上的長度(決定身高)不變。 4．如圖所示，你站在水平木桿AB的中央附近，并且看到木桿落在地面上時是兩端同時著地的，所以，你認(rèn)為這木桿是平著落到了地面上；若此時飛飛小姐正以接近光速的速度從你前面掠過，她看到B端比A端先落地，因而她認(rèn)為木桿是向右傾斜著落地的。她的看法是(　　) A．對的 B．錯的 C．她應(yīng)感覺到木桿在朝她運動 D．她應(yīng)感覺到木桿在遠(yuǎn)離她運動 答案：AC 解析：當(dāng)飛飛小姐掠過木桿時，在她看來，木桿不僅在下落，而且還在朝她運動，正好像星體朝你的飛船運動一樣。因此，在你看來同時發(fā)生的兩個事件， 在飛飛小姐看來首先在B端發(fā)生；到底在A和B處的兩個事件是同時發(fā)生，還是在B處先發(fā)生？這一問題是沒有意義的。因為運動是相對論，對運動的描述取決于選擇的參考系。對于你來說木桿是平著下落的，對飛飛小姐來說木桿是向右斜著下落的，雖然難以置信，但你和她都是正確的。 二、非選擇題 5．根據(jù)愛因斯坦的理論，一把米尺，在它與觀察者有不同相對速度的情況下，米尺長度是不同的，它們之間的關(guān)系如圖所示，由此可知，當(dāng)米尺和觀察者的相對速度達(dá)到0.8c(c為光速)時，米尺長度大約是__________ ________米。在日常生活中，我們無法察覺到米尺長度變化的現(xiàn)象，是因為觀察者相對于米尺的運動速度__________ ________。 答案：0.6　太小 解析：由題圖可以對應(yīng)看出，米尺的長度大約為0.6m，在日常生活中，我們無法觀察到米尺長度變化的現(xiàn)象，是因為觀察者相對于米尺的運動速度太小的緣故。 6.一列速度接近光速的火車(靜止時的長度比隧道的長度大)經(jīng)過隧道時，站在地面上的人還看到兩個閃電同時擊中隧道的兩端，但由于“動尺變短”效應(yīng)，站在隧道旁邊的人看到火車完全進(jìn)入了隧道，剛好不會被閃電擊中。但是，站在車上的人看到的卻是隧道變得更短，不可能完全遮住整列火車，那么他看到的閃電會不會擊中火車呢？ 答案：不會　 解析：這道題考查的是對同時的相對性的理解，站在隧道旁的人看到兩個閃電是同時發(fā)生的，但站在火車?yán)锩娴娜丝吹降膬蓚€閃電卻不是同時發(fā)生的，他看到的現(xiàn)象是：在火車前面的閃電先發(fā)生，經(jīng)過一段時間后，火車后面的閃電才發(fā)生，而在這個時間間隔里面，列車已經(jīng)前進(jìn)了一段距離，所以車尾也不會被閃電擊中。 7.π＋介子是一不穩(wěn)定粒子，平均壽命是2.610－8s(在它自己參考系中測得)。 (1)如果此粒子相對于實驗室以0.8c的速度運動，那么在實驗室坐標(biāo)系中測量的π＋介子壽命多長？ (2)π＋介子在衰變前運動了多長距離？ 答案：(1)4.310－8s　(2)10.32m 解析：(1)π＋介子在實驗室中的壽命為 Δt＝＝s＝4.310－8s； (2)粒子在衰變前運動的距離s＝vΔt＝0.831084.310－8m＝10.32m。