人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性同步测试题

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》习题训练

        相对论时空观

1．下列关于物理史实说法正确的是（　　）

A．哥白尼提出日心说，并总结出行星运行的规律

B．开普勒认为所有行星轨道的半长轴的二次方跟它公转周期的三次方的比值都相等

C．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了万有引力常量

D．爱因斯坦认为时间和空间都是绝对的

2．如图所示，两艘飞船A，B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为（接近光速）。地面上测得它们相距为，根据相对论时空观，则A测得两飞船间的距离（　　）

A．大于     B．等于      C．小于      D．与无关

3．如果你以接近于光速的速度朝某一星体飞行，如图所示。下列说法正确的是（   ）

A．你根据你的质量在增加发觉自己在运动

B．你根据你的心脏跳动在慢下来发觉自己在运动

C．你根据你在变小发觉自己在运动

D．你永远不能由自身的变化知道你的速度

4．如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为（　　）

A．c＋v，c-v       

B．c，c          

C．c-v，c＋v       

D．无法确定

5．（多选）下列说法正确的是（　　）

A．经典力学能够说明微观粒子的规律性

B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体

C．虽然相对论与量子力学的出现对经典力学有冲击，但经典力学任然有意义

D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍适用

6．（多选）以下关于狭义相对论的理解正确的是（　　）

A．狭义相对论认为光速是自然界速度的极限

B．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一

C．火车以接近光速的速度通过站台时，车上乘客观察到站在站台上的旅客变矮

D．狭义相对论认为空间和时间都是独立存在的，与物质的运动状态无关

         钟慢尺缩效应

7．（多选）在相对论效应下，系相对系向右速度，系中杆向上运动，速度为，那么在系看来杆的形态如何（　　）

A．杆倾斜，端偏上，A端偏下   

B．杆倾斜，端偏下，A端偏上

C．杆不倾斜   

D．杆的整体长度缩短

8．（多选）假设一列100m长的火车以接近光速的速度穿过一根100m长的隧道，它们的长度都是在静止状态下测量的，下列关于看到的现象判断正确的是(     )

A．相对隧道静止的观察者会看到，火车变短，在某些位置上，隧道能完全遮住它

B．相对隧道静止的观察者会看到，隧道变短，在某些位置上，火车从隧道两端伸出来

C．相对火车静止的观察者会看到，火车变短，在某些位置上，隧道能完全遮住它

D．相对火车静止的观察者会看到，隧道变短，在某些位置上，火车从隧道两端伸出来

9．来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线，μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，按常理，μ子不可能穿过高度大于100 km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子。则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命___________（选填“大于”“等于”或“小于”）3.0 μs。如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度___________（选填“大于”“等于”或“小于”） 100 km；如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速___________（选填“大于”“等于”或“小于”）c。

10．相对论时空观

（1）19世纪，英国物理学家____根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度____光速c。

（2）1887年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度_____！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系____（填“相符”或“不符”）。

（3）爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是____的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。

（4）时间延缓效应：

a.如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt=。

b.Δt与Δτ的关系总有Δt___Δτ（填“>”“<”或“=”），即物理过程的快慢（时间进程）与运动状态__。（填“有关”或“无关”）

（5）长度收缩效应：

a.如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l=l0。

b.l与l0的关系总有l__l0（填“>”“<”或“=”），即运动物体的长度（空间距离）跟物体的运动状态_____。（填“无关”或“有关”）

11．地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：

（1）在狭义相对论中，地球的公转速度属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速？

（2）在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空，隔一段时间飞船返回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？

12．一列火车以速度v相对地面运动（图）。如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》参考答案

1．C

【详解】

A．哥白尼提出日心说，开普勒总结出行星运行的规律。故A错误；

B．开普勒认为所有行星轨道的半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等。故B错误；

C．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了万有引力常量。故C正确；

D．爱因斯坦认为时间和空间都是相对的。故D错误。

2．A

【详解】

根据

L0为在相对静止参考系中的长度，L为在相对运动参考系中的长度，地面上测得它们相距为L，是以高速飞船为参考系，而A测得的长度为以静止参考系的长度，大于L。

3．D

【详解】

根据狭义相对论知识可知，宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可发现自身变化，也不能由自身变化知道他的速度。

4．B

【详解】

根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c。

5．BC

【详解】

ABD．经典力学适用条件为宏观、低速。对微观、高速运动不再适用，故AD错误；B正确；

C．相对论与量子力学的出现可以补充经典力学的不足，但是不能替代经典力学的地位。故C正确。

6．AB

【详解】

A．狭义相对论认为光速是自然界速度的极限，A正确；

B．根据相对论的内容可知，光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，B正确；

C．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光速的速度通过站台时，车上乘客观察到站在站台的旅客变瘦，而不是变矮，C错误；

D．狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，D错误。

7．BD

【详解】

考虑到相对论速度变换，导体杆相对于系在向右上方向运动，沿运动方向分量有尺缩效应，垂直于速度方向长度分量不变，所以杆向右下方，整体长度缩短。

8．AD

【详解】

AB．相对于隧道静止的观察者看到火车在运动，所以火车比隧道短，在某些位置火车会完全处在隧道内部，A正确，B错误；

CD．相对火车静止的观察者会看到隧道在运动，所以隧道比火车短，在某些位置火车两端都伸出隧道，C错误，D正确。

9．大于    小于    等于   

【详解】

[1]μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。

[2]根据长度收缩效应得，如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度小于100 km。

[3]根据光速不变原理得，如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c。

10．麦克斯韦    等于    都是一样的    不符    相同    >    有关    ＜    有关   

11．（1）地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速；（2）不相同，随飞船旅行的时钟变慢。

12．闪光先到达前壁，原因见解析

【详解】

地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源的到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁。