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2019-2020年高中物理 第15章 第3、4節(jié) 狹義相對(duì)論的其他結(jié)論同步練習(xí) 新人教版選修3-4 一、選擇題(1～3題為單選題，4～7題為多選題) 1.如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行(如圖)，你是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺(jué)自己是在運(yùn)動(dòng)(　　) A．你的質(zhì)量在增加 B．你的心臟跳動(dòng)在慢下來(lái) C．你在變小 D．你永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道你的速度 答案：D 解析：根據(jù)廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論，可知選項(xiàng)D正確。 2．設(shè)想有一艘飛船以v＝0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿其運(yùn)動(dòng)方向拋出一物體，該物體相對(duì)于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來(lái)，物體的速度為(　　) A．1.7c　　 B．0.1c　　 C．0.99c　 D．無(wú)法確定 答案：C 解析：根據(jù)相對(duì)論速度變換公式：u＝，得u＝＝0.99c，故選項(xiàng)C正確。 3．一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(lái)判斷船航行的方向，假設(shè)他每次做的功相同，下列說(shuō)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 答案：C 解析：根據(jù)廣義相對(duì)性原理可判C選項(xiàng)正確。 4．下列問(wèn)題需要用相對(duì)論來(lái)進(jìn)行解釋的是(　　) A．“嫦娥一號(hào)”的運(yùn)行軌跡的計(jì)算 B．噴氣式飛機(jī)的空中運(yùn)行 C．人造太陽(yáng)的反應(yīng)過(guò)程 D．紅矮星的演變過(guò)程 答案：CD 解析：凡是高速、微觀、強(qiáng)引力問(wèn)題都需要用相對(duì)論來(lái)進(jìn)行解釋；C選項(xiàng)中的過(guò)程屬于微觀的情況，D選項(xiàng)中的過(guò)程屬于強(qiáng)引力的情況。 5．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．物體的引力使光線彎曲 B．光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用 C．在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢 D．廣義相對(duì)論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 答案：ACD 解析：根據(jù)廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論可知，選項(xiàng)A、C、D正確，B錯(cuò)誤。 6．(xx山東濰坊模擬)黑洞是質(zhì)量非常大的天體，由于質(zhì)量很大，引起了其周圍的時(shí)空彎曲，從地球上觀察，我們看到漆黑一片，那么關(guān)于黑洞，你認(rèn)為正確的是(　　) A．內(nèi)部也是漆黑一片，沒(méi)有任何光 B．內(nèi)部光由于引力的作用發(fā)生彎曲，不能從黑洞中射出 C．內(nèi)部應(yīng)該是很亮的 D．如果有一個(gè)小的黑體經(jīng)過(guò)黑洞，將會(huì)被吸引進(jìn)去 答案：BCD 解析：黑洞之所以黑是因?yàn)楣獠荒軓钠渲猩涑?，而不是?nèi)部沒(méi)有光線，由于強(qiáng)大的引力作用，小黑體也將會(huì)被吸引進(jìn)去 7．(xx濟(jì)南模擬)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，以下說(shuō)法正確的是(　　) A．任何核反應(yīng)，只要伴隨能量的產(chǎn)生，則反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量和一定不相等 B．太陽(yáng)不斷地向外輻射能量，因而太陽(yáng)的總質(zhì)量一定不斷減小 C．雖然太陽(yáng)不斷地向外輻射能量，但它的總質(zhì)量是不可改變的 D．若地球從太陽(yáng)獲得的能量大于地球向外輻射的能量，則地球的質(zhì)量將不斷增大 答案：ABD 解析：根據(jù)E＝mc2，當(dāng)物體能量變化時(shí)，參加核反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化，故選項(xiàng)A正確；太陽(yáng)向外輻射能量，對(duì)應(yīng)的總質(zhì)量一定減小，故選項(xiàng)B正確、選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)?shù)厍蛳蛲廨椛涞哪芰啃∮趶耐饨绔@得的能量時(shí)，地球的總能量增加，對(duì)應(yīng)地球的質(zhì)量也將增加，選項(xiàng)D正確。 二、非選擇題 8．電子的靜止質(zhì)量m0＝9.1110－31kg，經(jīng)電壓加速后速率為0.94c，求電子的相對(duì)論質(zhì)量。 答案：2.6910－30kg 解析：由狹義相對(duì)論知 m＝＝kg ＝2.6910－30kg。 9．有人說(shuō)物體燃燒釋放出的能量就是靜質(zhì)能(m0c2)。又有人說(shuō)核反應(yīng)釋放出的能量就等于靜質(zhì)能(m0c2)，你說(shuō)對(duì)嗎？ 答案：不對(duì) 解析：1kg汽油所包含的靜質(zhì)能是91016J，而1kg汽油的燃燒值為4.6107J, 這只是靜質(zhì)能的二十億分之一，而核能約占它總靜質(zhì)能的8.5%，因而物體燃燒、核反應(yīng)釋放出的能量都只是靜質(zhì)能中極小的一部分。 一、選擇題(1～3題為單選題，4題為多選題) 1．(河北衡水中學(xué)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期二調(diào))關(guān)于相對(duì)論，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．狹義相對(duì)論認(rèn)為，如果物體在地面上靜止不動(dòng)，任何人在任何參考系里面測(cè)出物體的長(zhǎng)度都是一樣的 B．狹義相對(duì)論認(rèn)為，對(duì)于一切物理規(guī)律，所有的參考系都是平權(quán)的 C．狹義相對(duì)論認(rèn)為相對(duì)于觀察者靜止的鐘走得是最慢的 D．廣義相對(duì)論認(rèn)為一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系和一個(gè)均勻的引力場(chǎng)是等效的 答案：D 解析：根據(jù)尺縮效應(yīng)，相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的尺子會(huì)變短，如果物體在地面上靜止不動(dòng)，在相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)的參考系里面測(cè)出物體的長(zhǎng)度和在地面上測(cè)出物體的長(zhǎng)度是不一樣的，故A錯(cuò)誤；狹義相對(duì)論認(rèn)為，一切的慣性參考系都是平權(quán)的，即物理規(guī)律的形式在任何的慣性參考系中是相同的，故B錯(cuò)誤；根據(jù)鐘慢效應(yīng)運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢，狹義相對(duì)論認(rèn)為相對(duì)于觀察者靜止的鐘走得最快，故C錯(cuò)誤；廣義相對(duì)論是一種新的時(shí)空與引力的理論，廣義相對(duì)論認(rèn)為一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系和一個(gè)均勻的引力場(chǎng)是等效的，故D正確。 2．回旋加速器給帶電粒子加速時(shí)，不能把粒子的速度無(wú)限制地增大，其原因是(　　) A．加速器功率有限，不能提供足夠大的能量 B．加速器內(nèi)無(wú)法產(chǎn)生磁感強(qiáng)度足夠大的磁場(chǎng) C．加速器內(nèi)無(wú)法產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大的電場(chǎng) D．速度增大使粒子質(zhì)量增大，粒子運(yùn)行的周期與交變電壓不再同步，無(wú)法再加速 答案：D 解析：回旋加速器中帶電粒子運(yùn)動(dòng)的周期為T＝，當(dāng)粒子速度比較小時(shí)，可以認(rèn)為其質(zhì)量是不變的，那么其周期也不變。但當(dāng)粒子的速度很大，接近光速時(shí)，其質(zhì)量明顯增大，周期也發(fā)生了明顯變化，粒子運(yùn)行的周期與交變電壓不再同步，無(wú)法再加速。 3．在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面的恒星，這說(shuō)明星體發(fā)出的光(　　) A．經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射 B．可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物 C．在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲 D．經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射 答案：C 解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面的恒星，故C正確，A、B、D均錯(cuò)。 4．一個(gè)物體靜止時(shí)質(zhì)量為m0，能量為E0，速度為v時(shí)，質(zhì)量為m，能量為E，動(dòng)能為Ek，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．物體速度為v時(shí)能量E＝mc2 B．物體速度為v時(shí)動(dòng)能Ek＝mc2 C．物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek＝mv2 D．物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek＝(m－m0)c2 答案：AD 解析：物體具有的質(zhì)量與質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱為質(zhì)能，E＝mc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量會(huì)增加或減少，故選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤。 二、非選擇題 5．(1)冥王星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的線速率為4.83103 m/s，求其靜止質(zhì)量為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的百分之幾？ (2)星際火箭以0.8c的速率飛行，其靜止質(zhì)量為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的多少倍？ 答案：(1)99.9999%　(2)0.6倍 解析：設(shè)冥王星的靜止質(zhì)量為m0，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m，由公式m＝可得 ＝100%＝99.9999% (2)設(shè)星際火箭的靜止質(zhì)量為m′0，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m′，則＝＝0.6倍。 6．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，5.0s后該飛船將與一個(gè)以0.80c的速率向西飛行的彗星相碰撞。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)間允許它離開航線，以避免與彗星碰撞。 答案：(1)0.946c　(2)4.0s 解析：這是一個(gè)相對(duì)論速度變換問(wèn)題。取地球?yàn)镾系，飛船為S′系，向東為x軸正向，則S′系相對(duì)S系的速率v＝0.60c，彗星相對(duì)S系的速率ux＝－0.80c (1)由速度變換可得所求結(jié)果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Δτ＝4.0 s 7.太陽(yáng)在不斷地輻射能量，因而其質(zhì)量不斷地減少。若太陽(yáng)每秒鐘輻射的總能量為41026J，試計(jì)算太陽(yáng)在一秒內(nèi)失去的質(zhì)量。估算5000年內(nèi)總共減少了多少質(zhì)量，并與太陽(yáng)的總質(zhì)量21027t比較之。 答案：1010kg　3.5041020kg　3.510－10，消耗的質(zhì)量可以忽略 解析：根據(jù)相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系式E＝mc2，可知，能量的任何變化必然導(dǎo)致質(zhì)量的相應(yīng)變化，即ΔE＝Δmc2。 由太陽(yáng)每秒鐘輻射的能量ΔE可得其每秒內(nèi)失去的質(zhì)量為Δm＝ΔE/c2＝41026/(3108)2kg ＝(4/9)1010kg 5000年內(nèi)太陽(yáng)總共減少的質(zhì)量為： ΔM＝50003652436001010kg ＝7.01020kg 與總質(zhì)量的比值為： P＝＝＝3.510－10 這個(gè)比值是十分微小的。