2020年高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第1節(jié)、第2節(jié) 相對(duì)論的誕生 時(shí)間和空間的相對(duì)性課后課時(shí)作業(yè)（含解析）新人教版選修3-4

第1節(jié)、第2節(jié) 相對(duì)論的誕生時(shí)間和空間的相對(duì)性A組：合格性水平訓(xùn)練1(牛頓運(yùn)動(dòng)定律和狹義相對(duì)論的適用范圍)(多選)下列說(shuō)法正確的是() A研究鉛球的運(yùn)動(dòng)，可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 B研究高速電子的運(yùn)動(dòng)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 C研究高速電子運(yùn)動(dòng)要用狹義相對(duì)論，研究鉛球運(yùn)動(dòng)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律 D研究鉛球和高速電子的運(yùn)動(dòng)都要用牛頓運(yùn)動(dòng)定律答案AC解析以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典物理學(xué)處理低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)完美的，但對(duì)于高速、微觀的運(yùn)動(dòng)就無(wú)能為力了。顯然，鉛球的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決，高速電子的運(yùn)動(dòng)則不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決，而要用狹義相對(duì)論來(lái)解決，A、C正確，B、D錯(cuò)誤。2(慣性系和非慣性系)通常我們把地面和相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系看成慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則其中屬于非慣性系的有()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以較大速度勻速直線運(yùn)動(dòng)的磁懸浮列車答案B解析繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船，相對(duì)地球做的是變加速曲線運(yùn)動(dòng)，因而是非慣性系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律在非慣性系中不適用。3(長(zhǎng)度的相對(duì)性)如圖，假設(shè)一根10 m長(zhǎng)的梭鏢以接近光速的速度穿過(guò)一根10 m長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過(guò)管子的情況的是()A梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái)C兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住梭鏢D所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)答案D解析“尺縮”效應(yīng)公式ll0中的l和l0是具有相對(duì)性的，到底是管子收縮變短還是梭鏢收縮變短，要看觀察者所處的參考系。如果你是在相對(duì)于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)動(dòng)著的梭鏢，那么梭鏢看起來(lái)就比管子短，在某些位置梭鏢會(huì)完全處在管子內(nèi)部。然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，你看到的管子就縮短了，所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子。設(shè)梭鏢相對(duì)管子的速度為v，如果你以速度相對(duì)管子運(yùn)動(dòng)，則你看到管子的速度為，棱鏢的速度為，兩者縮短相同的量，因此在某個(gè)位置，管子恰遮住棱鏢。4(長(zhǎng)度的相對(duì)性)如圖所示，豎直墻上掛著一面時(shí)鐘，地面上靜止的觀察者A觀察到時(shí)鐘的面積為S，另一觀察者B以0.8倍光速沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，觀察到鐘的面積為S。則S和S的大小關(guān)系是()AS>S BSSCS<S D無(wú)法判斷答案A解析觀察者B以0.8倍光速沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)長(zhǎng)度的相對(duì)性，觀察到時(shí)鐘的面積為S<S，A正確。5(狹義相對(duì)論的基本假設(shè))如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測(cè)到該光束的傳播速度為()A0.4c B0.5c C0.9c Dc答案D解析由狹義相對(duì)論的基本假設(shè)光速不變?cè)恚婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的，可知D正確。6(“同時(shí)”的相對(duì)性)A、B兩火箭沿同一方向高速飛過(guò)地面某處，vAvB，在A火箭上的人觀察結(jié)果正確的是()A火箭A上的時(shí)鐘走得最快B地面上的時(shí)鐘走得最快C火箭B上的時(shí)鐘走得最快D火箭B上的時(shí)鐘走得最慢答案A解析根據(jù)相對(duì)論理論可知，相對(duì)觀察者速度越小的時(shí)鐘走得越快，火箭A上的時(shí)鐘相對(duì)觀察者的速度最小，是零，選項(xiàng)A正確。7(綜合)(多選)有兩輛較長(zhǎng)的火車A和B，火車A靜止不動(dòng)，中央有一個(gè)光源，在某時(shí)刻發(fā)出一個(gè)閃光?；疖嘊以一較大的速度在平行于火車A的軌道上勻速運(yùn)動(dòng)，如圖所示。關(guān)于火車A和火車B上的觀察者觀察到的現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()A火車A上的觀察者看到閃光先到達(dá)火車A的前壁B火車A上的觀察者看到閃光同時(shí)到達(dá)火車A的前、后壁C火車B上的觀察者看到閃光不同時(shí)到達(dá)火車A的前、后壁D火車B上的觀察者看到閃光同時(shí)到達(dá)火車A的前、后壁答案BC解析由于火車A靜止，光源發(fā)出的光傳播到前、后壁的距離相同，所以火車A上的觀察者看到閃光同時(shí)到達(dá)火車A的前、后壁，A錯(cuò)誤，B正確；火車A相對(duì)B上的觀察者向右運(yùn)動(dòng)，閃光飛向兩壁的過(guò)程中，A車廂向右前進(jìn)了一段距離，所以光向右傳播的路程長(zhǎng)些，而光速不變，所以火車B上的觀察者看到閃光不同時(shí)到達(dá)火車A的前、后壁，D錯(cuò)誤，C正確。8(時(shí)間間隔的相對(duì)性)半人馬座星是離太陽(yáng)系最近的恒星，它距地球約4.0×1016 m。設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人馬座星之間。若宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需多少時(shí)間？如以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間又為多少？答案8.5年0.4年解析以地球上的時(shí)鐘計(jì)算：t s2.67×108 s8.5年；若以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算：因?yàn)閠，所以得tt2.67×108× s1.19×107 s0.4年。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練9(狹義相對(duì)論初步)(多選)用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷，下列說(shuō)法正確的是()A時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的航天員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的C在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄D當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度vc時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”的效果可忽略不計(jì)答案BCD解析按照相對(duì)論的觀點(diǎn)，時(shí)間和空間都是相對(duì)的，A錯(cuò)誤；由t可知，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了，但飛船中的鐘相對(duì)觀察者靜止，時(shí)鐘準(zhǔn)確，B正確；長(zhǎng)度收縮效應(yīng)只發(fā)生在運(yùn)動(dòng)方向上，由ll0可知，地面上的人看飛船沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度減小，C正確；當(dāng)vc時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)，D正確。10(狹義相對(duì)論初步)(多選)關(guān)于相對(duì)論的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的B在一個(gè)確定的參考系中觀察，運(yùn)動(dòng)物體的空間距離和時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)C同一力學(xué)規(guī)律在不同的慣性系中是相同的D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E真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的答案BCE解析根據(jù)狹義相對(duì)論的尺縮效應(yīng)和時(shí)間延緩效應(yīng)可知A錯(cuò)誤，B正確；由狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)可知C、E正確，D錯(cuò)誤。11(綜合)如圖所示，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)閃光時(shí)，列車上的觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()A同時(shí)被照亮 BA先被照亮CC先被照亮 D無(wú)法判斷答案C解析列車上的觀測(cè)者以列車為參考系，鐵塔A、B、C向左高速運(yùn)動(dòng)，列車上的觀測(cè)者認(rèn)為光速不變，鐵塔A遠(yuǎn)離光線運(yùn)動(dòng)，鐵塔C向著光線運(yùn)動(dòng)，故鐵塔C先被照亮，故C正確。12(長(zhǎng)度的相對(duì)性)設(shè)想在未來(lái)人類實(shí)現(xiàn)了星際航行，將火箭發(fā)射到鄰近的恒星上去?；鸺鄬?duì)于日心恒星坐標(biāo)系的速率為u0.8c，火箭中靜止放置長(zhǎng)度為1.0 m的桿，桿與火箭的航行方向平行，則在日心恒星坐標(biāo)系中測(cè)得的桿長(zhǎng)為多少？答案0.6 m解析由ll0可得l1.0× m0.6 m。13(綜合)介子是一種不穩(wěn)定粒子，平均壽命是2.6×108 s(在它自己的參考系中測(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)室參考系中測(cè)量介子壽命多長(zhǎng)？(2)介子在衰變前運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)距離？答案(1)4.3×108 s(2)10.32 m解析(1)是介子在自己參考系中的壽命，在實(shí)驗(yàn)室參考系中的壽命為t s4.3×108 s。(2)該粒子在衰變前運(yùn)動(dòng)的距離為l0.8ct0.8×3×108×4.3×108 m10.32 m。- 5 -