2024-2025学年高中物理第十五章相对论简介12相对论的诞生时间和空间的相对性课时作业含解析新人教版选修3-4

PAGEPAGE5相对论的诞生时间和空间的相对性限时45分钟总分100分一、单选题(每小题6分，共30分)1．关于狭义相对论，下列说法不正确的是(D)A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D．狭义相对论任何状况下都适用解析：由狭义相对性原理可知D错误．2．如图所示，沿平直铁路途有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的依次是(C)A．同时被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．无法推断解析：列车上的视察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的视察者，看到C先被照亮，故只有C正确．3．如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A、B、C三个时钟，下列说法正确的是(C)A．A时钟走得最慢，B时钟走得最快B．A时钟走得最慢，C时钟走得最快C．C时钟走得最慢，A时钟走得最快D．B时钟走得最慢，A时钟走得最快解析：A、B、C在同一转盘上，它们的角速度相同，由v＝r·ω可知r越大，线速度v越大．Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))可知，v越大，Δt越大，也就是说钟走得越慢．从图中可以看出，A时钟的线速度最小，C时钟的线速度最大，故A时钟走得最快，C时钟走得最慢．4．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，假如希望把这段路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为(C)A．0.5c B．0.6cC．0.8c D．0.9c解析：由l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))，且eq\f(l,l0)＝eq\f(3,5)可得：v＝eq\f(4,5)c＝0.8c，故C正确．5．有下列几种说法：①全部惯性系对物理基本规律都是等价的；②在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关；③在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．关于上述说法(D)A．只有①②是正确的 B．只有①③是正确的C．只有②③是正确的 D．三种说法都是正确的二、多选题(每小题8分，共40分)6．下列哪些是“相对论”的内容(BC)A．伽利略的相对性原理B．“尺缩效应”C．“时钟变慢”D．质量不变是因为它是物体的固有属性，与运动状态无关解析：伽利略相对性原理中的物理规律指的是力学规律，而相对论的物理规律指的是一切物理规律，A错误；据“相对论”推出的重要结论有“长度变小”“时间变慢”“质量变大”，则B、C正确，D错误．7．用相对论的观点推断，下列说法正确的是(BCD)A．时间和空间都是肯定的，在任何参考系中一个事务发生的时间和一个物体的长度总不会变更B．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是精确的C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽视不计解析：依据相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对宇航员静止，时钟精确，B正确；由l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))可知，地面上的人看飞船，和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确．当v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽视不计，故D也正确．8．依据伽利略相对性原理，可以得到下列结论(AC)A．力学规律在任何惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参考系里不能用力学试验推断该参考系是否做匀速直线运动D．在一个惯性参考系里可以用力学试验推断该参考系是否做匀速直线运动解析：由伽利略相对性原理可知A、C正确．9．下列说法正确的是(CD)A．电磁波不能产生衍射现象B．电磁波和机械波都只能在介质中传播C．依据多普勒效应可以推断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相等的解析：干涉和衍射是波特有的性质，电磁波也可以发生衍射现象，故A错误；电磁波可以在真空中传播，故B错误；由于波源与接受者的相对位移的变更，而导致接受频率的变更，称为多普勒效应，所以可以推断遥远天体相对于地球的运动速度，故C正确；依据光速不变原理，知在不同惯性系中，光在真空中传播速度大小相等，故D正确．10．如图所示，你站在水平木杆AB的中心旁边，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的，所以，你认为该木杆是平着落到了地面上；若此时飞飞小姐正以接近光速的速度从你前面拂过，她看到B端比A端先落地，因而她认为木杆是向右倾斜着落地的．她的看法是(AC)A．正确的B．错误的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解析：当飞飞小姐拂过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且还在朝她运动．因此，在你看来同时发生的两个事务，在飞飞小姐看来首先在B端发生．因为运动是相对的，对运动的描述取决于选择的参考系．对于你来说木杆是平着下落的，对飞飞小姐来说木杆是向右倾斜着下落的，虽然难以置信，但你和她都是正确的．三、非选择题(共30分)11．(12分)如图所示，某车沿水平方向高速行驶，车厢中心的光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前、后壁，则地面上的视察者认为该闪光先到达后壁(选填“先到达前壁”“先到达后壁”或“同时到达前、后壁”)，同时他视察到车厢的长度比静止时变短(选填“长”或“短”)了．解析：地面上的视察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，即地面上的视察者认为该闪光先到达后壁．依据长度的相对性可知：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．故可以得出视察者视察到车厢的长度比静止时变短．12．(18分)(1)以8×103m/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1min，地面上的人认为它走过这1min“实际”上花去的时间是多少？(2)若卫星以0.9c(c为真空中的光速)的速度在太空中飞行，其中一只完好的手表走过了1min，地面上的人认为它走过这1min“实际”上花去的时间为多少？(3)若卫星以0.9c的速度在太空中飞行，地面上的视察者看到卫星上有一只完好的手表走过了1min，则卫星上的视察者认为这只手表已经走过了多少时间？答案：(1)(1＋3.6×10－10)min(2)2.3min(3)0.436min解析：(1)卫星上观测到的时间为Δt′＝1min，卫星运动的速度为v＝8×103m/s，所以地面上观测到的时间为Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))≈(1＋3.6×10－10)m