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文档简介

2021-2022学年鲁科版〔2021〕必修第二册5.3探索宇宙的奥秘课后练习〔解析版〕考点一相对论的根本原理1.经过不断的努力,科学家终于探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图〞,相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学,以下说法正确的选项是()A.经典力学完全适用于宏观低速运动B.经典力学取得了巨大成就,是普遍适用的C.随着物理学的开展,经典力学将逐渐成为过时的理论D.随着相对论、量子论的提出,经典力学已经失去了它的应用价值A[经典力学适用于宏观低速运动的物体,宏观物体是相对于微观粒子而言的,故A正确;经典力学取得了巨大的成就,但它也具有一定的局限性,并不是普遍适用的,故B错误;在微观高速情况下,要用量子力学和相对论来解释,但是并不会因为相对论和量子力学的出现,就否认了经典力学,经典力学不会过时也不会失去价值,故C、D错误。]2.(多项选择)以下说法中,正确的选项是()A.在以eq\f(1,1000)c的速度竖直向上升空的火箭上向前发出的光,相对于地面的速度一定大于cB.在以eq\f(1,1000)c的速度竖直向上升空的火箭上向后发出的光,相对于地面的速度一定小于cC.在以eq\f(1,1000)c的速度竖直向上升空的火箭上沿水平方向发出的光,相对于地面的速度为cD.在以eq\f(1,1000)c的速度竖直向上升空的火箭上向任意方向发出的光,相对于地面的速度都为cCD[根据狭义相对论的根本假设——光速不变原理可知:竖直向上升空的火箭上发出的光相对于火箭的速度为c,相对于地面的速度也为c,应选项C、D正确,选项A、B错误。]考点二狭义相对论的两个效应3.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,vA>vB。在火箭A上的人观察到的结果正确的选项是()A.火箭A上的时钟走得最快B.地面上的时钟走得最快C.火箭B上的时钟走得最快D.火箭B上的时钟走得最慢A[在火箭A看来,地面和火箭B都高速远离自己,由t=eq\f(t0,\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))知,在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B的时钟都变慢了,且vA>vB,故地面的时钟最慢,故A正确,B、C、D错误。]4.假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是()A.这个人是一个矮胖子B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高D[由公式l=l0eq\r(1-\f(v2,c2))可知,在运动方向上,人的宽度要减小,在垂直于运动方向上,人的高度不变,故D正确。]5.某星际飞船正在遥远的外太空飞行,假设它的速度可以到达c,在地球上观测到其经过×104h的时间到达某星球,那么在飞船上的人看来,其到达此星球需要的时间是()×104h×104h×104h×104hB[由时间延缓效应公式可得τ0=τeq\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))=8.76×104×eq\r(0.51)h≈×104h,故B正确。]考点三质能关系和质速关系6.关于爱因斯坦质能方程,以下说法中正确的选项是()A.E=mc2中的E是物体以光速c运动的动能B.E=mc2是物体的核能C.E=mc2是物体各种形式能的总和D.由ΔE=Δmc2知,在核反响中,亏损的质量Δm与放出的能量ΔE存在一定关系D[爱因斯坦的质能方程E=mc2,只是说明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系。物体的能量增大了,质量也增大;能量减小了,质量也减小。故D正确,A、B、C错误。]7.在粒子对撞机中,有一个电子经过高压加速,速度到达光速的,此时质量m与原质量m0的关系为()A.m=m0 B.m=m0C.m=m0 D.m=eq\f(5m0,3)D[由于电子的速度接近光速,所以质量变化明显,根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系,m=eq\f(m0,\r(1-\f(v2,c2)))得m=eq\f(m0,\r(1-\f(16,25)))=eq\f(5m0,3),故D正确。]考点四探索宇宙奥秘8.(多项选择)2017年6月16日,来自中国的“墨子号〞量子卫星从太空发出两道红色的光,射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站,首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级〞的量子密钥分发。以下说法正确的选项是()A.牛顿力学适用于描述“墨子号〞绕地球运动的规律B.牛顿力学适用于描述光子的运动规律C.量子力学可以描述“墨子号〞发出的“两道红光〞的运动规律D.量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值AC[牛顿力学可以用来描述物体的宏观低速运动,故牛顿力学适用于描述“墨子号〞绕地球运动的规律,故A正确;对于运动速度接近光速的物体的运动,不适合用牛顿力学来描述,故B错误;量子力学可以描述“墨子号〞发出的“两道红光〞的运动规律,因为红光运动速度为光速,所以需考虑相对论效应,使用量子力学描述,故C正确;量子力学和牛顿力学适用范围不同,量子力学适用于高速运动,在宏观低速运动中,牛顿力学仍然适用,不能说牛顿力学已经失去了实用价值,故D错误。]9.一个原来静止的电子,经电压加速后,获得的速度为v=6×106m[解析]根据爱因斯坦的狭义相对论m=eq\f(m0,\r(1-\f(v2,c2)))得出运动后的质量增大了。m=eq\f(m0,\r(1-\f(v2,c2)))=eq\f(m0,\r(1-\f(62×106×2,32×108×2)))≈1.0002m0。所以改变的百分比为:eq\f(m-m0,m0)×100%%。%10.如下图,质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为c和c(c为光速)的飞船在太空中同向运动。那么以下说法中正确的选项是()甲乙A.乙观察到甲身高变高B.甲观察到乙身高变矮C.假设甲向乙挥手,那么乙观察到甲动作变快D.假设甲向乙发出一束光进行联络,那么乙观察到该光束的传播速度为cD[因为人是垂直于速度方向站立的,身高方向上没有尺缩效应,即甲、乙观察到对方的身高不变,故A、B错误;根据相对论的时间延缓效应,可知乙观察到甲动作变慢,故C错误;根据爱因斯坦光速不变原理,乙观察到该光束的传播速度仍为c,故D正确。]11.(多项选择)假设你站在一条长木杆的中央附近,如下图,并且看到木杆落在地上时是两头同时着地,所以,你认为这木杆是平着落到了地上。而此时飞飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠过,她看到B端比A端先落到地,因而她认为木杆是向右倾斜着落的。她的看法是()A.对的B.错的C.她应感觉到木杆在朝她运动D.她应感觉到木杆在远离她运动AC[当飞飞同学掠过木杆时,在她看来,木杆不仅在下落,而且还在朝她运动,正好似星体朝你的飞船运动一样。因此,在你看来同时发生的两件事,在飞飞同学看来首先在B端发生。综上所述可知A、C正确,B、D错误。]12.带电π介子静止时的平均寿命是2.6×10-8s,某加速器射出的带电π介子的速率是2.4×108m(1)在实验室中测得这种粒子的平均寿命;(2)上述π介子衰变前在实验室中通过的平均距离。[解析](1)由τ=eq\f(τ0,\r(1-\f(v2,c2)))得,π介子的平均寿命是τ=eq\f(2.6×10-8,\r(1-\f(〔2.4×108〕2,〔3.0×108〕2)))s=4.33×10-8s。(2)π介子衰变前在实验室中通过的平均距离s=τ·v=4.33×10-8s××108m/s=[答案](1)4.33×10-8s(2)10.413.人马星座α星是离太阳系最近的恒星,它距地球4.3×1016m。设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座α星之间。假设宇宙飞船的速度为c,按地球上的时钟计算飞船往返一次需多少时间

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