高中物理 第6章 相對論與天體物理 第1節(jié) 牛頓眼中的世界 第2節(jié) 愛因斯坦眼中的世界學業(yè)分層測評 魯科版選修3-4

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第1節(jié) 牛頓眼中的世界 第2節(jié) 愛因斯坦眼中的世界 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．下列說法中正確的是(　　) A．研究鉛球的運動，可以用牛頓定律和運動學公式 B．研究電子的運動可用牛頓定律和運動學公式 C．研究電子運動要用狹義相對性原理，研究鉛球運動可用牛頓運動定律 D．研究鉛球和電子的運動都要用牛頓運動定律 E．牛頓定律只能用來處理低速、宏觀物體的運動 【解析】　以牛頓運動定律為基礎的經(jīng)典物理學處理低速、宏觀物體的運動是相當完美的，但對于高速、微觀的運動就無能為力了．顯然，鉛球的運動可以用牛頓定律來解決；電子的運動則不能用牛頓定律來解決，而要用狹義相對論原理來解決．故A、C正確，B、D錯誤．牛頓定律只適用于低速宏觀物理的運動，E正確． 【答案】　ACE 2．如果牛頓運動定律在參考系A中成立，而參考系B相對于A做勻速直線運動，則在參考系B中(　　) A．牛頓運動定律也同樣成立 B．牛頓運動定律不能成立 C．A和B兩個參考系中，一切物理定律都是相同的 D．參考系B也是慣性參考系 E．力學規(guī)律在不同的慣性系中是不同的 【解析】　參考系A是慣性參考系，而參考系B相對于A做勻速直線運動，因而參考系B也是慣性參考系，D正確；根據(jù)狹義相對論原理知，在不同的慣性參考系中一切物理定律都是相同的，A、C正確，B、E錯誤． 【答案】　ACD 3．在狹義相對論中，下列說法正確的是(　　) 【導學號：78510070】 A．所有慣性系中基本規(guī)律都是等價的 B．在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關 C．在不同慣性系中，光在真空中沿不同方向傳播速度不相同 D．質量、長度、時間的測量結果不隨物體與觀察者的相對狀態(tài)的改變而改變 E．時間與物體的運動狀態(tài)有關 【解析】　根據(jù)相對論的觀點：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相同的；且在一切慣性系中，光在真空中的傳播速度都相等；質量、長度、時間的測量結果會隨物體與觀察者的相對狀態(tài)的改變而改變．故正確選項為A、B.在狹義相對論中，時間與物體的運動狀態(tài)有關，E正確． 【答案】　ABE 4．判斷下面說法中正確的是(　　) A．“嫦娥三號”飛向月球的過程中從衛(wèi)星上向前發(fā)出的光，對地速度一定比c大 B．“嫦娥三號”飛向月球的過程中從衛(wèi)星上向后發(fā)出的光，對地速度一定比c小 C．“嫦娥三號”飛向月球的過程中從衛(wèi)星上沿垂直于速度方向發(fā)出的光對地速度為c D．“嫦娥三號”飛向月球的過程中從衛(wèi)星上向任一方向發(fā)出的光對地速度都為c E．“嫦娥三號”發(fā)出光的速度與其運動狀態(tài)無關 【解析】　根據(jù)狹義相對論的基本假設——光速不變原理可知：真空中的光速相對于衛(wèi)星的速度為c，相對于地面的速度也為c，對不同的慣性系是相同的，因此C、D、E正確，A、B錯誤． 【答案】　CDE 5．在地面附近有一高速飛過的火箭，關于地面上的人和火箭中的人觀察到的現(xiàn)象中正確的是(　　) A．地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時間進程變快了 B．地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時間進程變慢了 C．火箭上的人觀察到火箭的長度和時間進程均無變化 D．火箭上的人觀察到地面物體長度變小，時間進程變慢了 E．火箭上的人觀察到地面物體長度變大，時間進程變慢了 【解析】　由表達式Δt＝，可知Δt＞Δt′，一個相對我們做高速運動的慣性系中發(fā)生的物理過程，在我們看來，它所經(jīng)歷的時間比在這個慣性系中直接觀察到的時間長，慣性系速度越大，我們觀察到的物理過程所經(jīng)歷的時間越長． 【答案】　BCD 6．宇宙飛船相對于地面以速度v做勻速直線飛行，某一時刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個光信號，經(jīng)過Δt(飛船上的鐘)時間后，被尾部的接收器收到，則由此可知飛船的固有長度為________． 【解析】　根據(jù)光速不變原理及運動學公式，飛船的長度為速度與時間之積． 【答案】　cΔt 7．如圖612所示，a、b、c為三個完全相同的時鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩火箭上，且vb＜vc，則地面上的觀察者認為走得最慢的鐘為________． 圖612 【解析】　根據(jù)公式Δt＝可知，相對于觀察者的速度v越大，其上的時間進程越慢，由vc＞vb＞va＝0知c鐘走得最慢． 【答案】　c [能力提升] 8．一張正方形的宣傳畫，正貼在鐵路旁的墻上，一高速列車駛過時，在車上的司機看來這張宣傳畫變成了什么樣子？ 【導學號：78510071】 【解析】　取列車為慣性系，宣傳畫相對于列車高速運動，根據(jù)尺縮效應，宣傳畫在運動方向上將變窄，但在垂直于運動方向上沒有發(fā)生變化． 【答案】　宣傳畫變成了長方形，此畫的高度不變，寬度變窄了 10．如圖613所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)．地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L.當B向A發(fā)出一光信號，A測得該信號的速度為________． 圖613 【解析】　根據(jù)相對論原理，當物體運動速度接近光速時，空間距離會變短，A與B是相對靜止的，但相對于地球卻以接近光速的速度在飛行，故在地面上測得的距離會比較短，而在飛船上測得的距離會比較長．根據(jù)相對論的光速不變原理，A測得信號的速度為光速． 【答案】　大于　光速 11．有一太空船以0.8c的速度飛越“月球太空站”．一科學家在月球上量得運動中的太空船長度為200 m，此太空船最后在月球上登陸，此科學家再度測量靜止的太空船的長度，他測量的結果如何？ 【解析】　在月球上測得運動的飛船的長度為l，靜止飛船的長度為l0，依據(jù)狹義相對論的長度收縮效應關系式， 有l(wèi)＝l0 所以l0＝＝m≈333 m. 【答案】　333 m 12．一艘宇宙飛船的船身長度為L0＝90 m，相對地面以u＝0.8c的速度在一觀測站的上空飛過． (1)觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少？ (2)航天員測得船自身通過觀測站的時間間隔是多少？ 【解析】　(1)觀測站測得船身的長度為L＝L0＝90 m＝54 m，通過觀測站的時間間隔為Δt＝＝＝2.2510－7 s. (2)航天員測得飛船船身通過觀測站的時間間隔為Δt′＝＝＝3.7510－7 s. 【答案】　(1)2.2510－7 s　(2)3.7510－7 s