福建省漳州市高中物理选修3-4校本作业：第六章相对论和天体物理B 含答案

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高中物理选修3-4第六章学案2 习题课后作业,有详细解答

学案2 相对论的速度变换公式质能关系广义相对论点滴(选学)[学习目标定位] 1.知道相对论速度变换公式、相对论质量和质能方程.2.了解广义相对论的基本原理.3.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据．回旋加速器的工作原理：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期T ＝2πm qB ，因粒子的q不变、质量不变，所以周期T 不变，与轨道半径和速度无关；使高频交变电场的周期和粒子运动周期相同，就会使粒子每次经过电场时都会被加速，动能一次次增大，获得的最大速度v max ＝RBq m.1．相对论的速度变换公式设高速行驶的火车相对地面的速度为u ，车上的人以速度v ′沿火车运动的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度为v ＝u ＋v ′1＋u v ′c 2，若车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则v ′取负值；若v ′＝c ，则代入上式得出v ＝c ，即光速是宇宙速度的极限，且相对任何参考系，光速都是不变的．2．相对论的质量：物体的质量随物体速度的增加而增大．物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系是：m ＝m 01－v 2c2.因为总有v <c ，所以运动物体的质量m 总要大于它静止时的质量m 0.3．物体的质量m 与其蕴含的能量E 之间的关系是：E ＝mc 2.由此可见，物体质量越大，其蕴含的能量越多．能量与质量成正比，所以质能方程又可写成ΔE ＝Δmc 2. 4．广义相对论的两个基本原理 (1)广义相对性原理在任何参考系中物理规律都是一样的． (2)等效原理一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的．一、相对论的速度变换[问题设计]一列火车正以v ＝50m /s 的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u ′＝5 m/s 的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u ＝v ＋u ′＝55m/s.若列车的速度是0.9c ，乘客的速度是0.5c ，那么站台上的观察者测得该乘客的速度是0.9c ＋0.5c ＝1.4c 吗？答案不是． [要点提炼]1．公式：设高速行驶的火车对地面的速度为v ，车上的人相对火车以速度u ′运动，那么人相对地面的速度为u .⎩⎪⎨⎪⎧u ＝u ′＋v1＋u ′v c2(人相对于车的运动方向与车同向).u ＝－u ′＋v 1－u ′v c2(人相对于车的运动方向与车反向).2．对公式的理解假设高速火车对地面的速度为v ，车上的一高速粒子以速度u ′沿火车前进的方向相对火车运动，那么此粒子相对于地面的速度u 为u ＝u ′＋v1＋u ′v c 2.(1)若粒子运动方向与火车运动方向相反，则u ′取负值．(2)如果v ≪c ，u ′≪c 时，u ′vc 2可忽略不计，这时相对论的速度变换公式可近似为u ＝u ′＋v .(3)若u ′＝c ，v ＝c ，则u ＝c ，表明一切物体的速度都不能超过光速．(4)该变换公式只适用于同一直线上匀速运动速度的变换，对于更复杂的情况不适用． (5)光速c 是宇宙速度的极限，且相对任何参考系，光速都是不变的．二、相对论质量和能量 [问题设计]回旋加速器中磁场一次次把粒子拉到狭缝处，狭缝处的电场一次次加速带电粒子．假如回旋加速器的半径可以增大到很大，磁感应强度足够大，经回旋加速器加速的粒子的速度可以达到任意速度甚至超过光速吗？答案不可以超过光速．因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动的周期(T ＝2πmqB )等于交变电场的周期；速度较小时粒子的质量m 可以认为不变，周期T 不变，电场变化与粒子圆周运动同步，但速度较大时，质量增大明显，粒子做圆周运动的周期T 变大，无法做到圆周运动的周期与高频电压的周期同步． [要点提炼]1．相对论质量(1)经典力学：物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，经过足够长时间后物体可以达到任意的速度．(2)相对论：物体的质量随物体速度的增加而增大．①物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系是：m ＝m 01－(v c )2. ②因为总有v <c ，所以运动物体的质量m 总要大于它静止时的质量m 0，但当v ≪c 时，m ≈m 0，所以低速运动的物体，可认为其质量与运动速度无关． ③微观粒子的速度很大，因此粒子质量明显大于静质量． 2．质能方程关系式：E ＝mc 2，式中m 是物体的质量，E 是它具有的能量． [延伸思考]有人根据E ＝mc 2得出结论：质量可以转化为能量，能量可以转化为质量，这种说法对吗？答案不对．E ＝mc 2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化．对于一个封闭的系统，质量是守恒的，能量也是守恒的．三、广义相对论点滴 [问题设计]1．在一个全封闭的宇宙飞船中，若飞船静止，宇航员将一小球自由释放，小球将怎样运动？假如没有引力场，飞船加速上升，宇航员将小球自由释放，小球相对飞船会怎样运动？答案小球都是以某一加速度落向舱底．2．宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止在一个引力场中，还是正处在一个没有引力场而正加速上升的过程中？答案不能． [要点提炼]1．广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是一样的．(2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的． 2．广义相对论的几个结论 (1)光线在引力场中弯曲．(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别(引力红移)．一、相对论速度变换公式例1 一粒子以0.05c 的速率相对实验室参考系运动．此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c ，电子的衰变方向与粒子运动方向相同．求电子相对于实验室参考系的速度．解析已知u ＝0.05c ，v x ′＝0.8c . 由相对论速度变换公式得v x ＝v x ′＋u 1＋v x ′u c2＝(v x ′＋u )c 2c 2＋v x ′u ，v x ＝(0.8c ＋0.05c )c 2c 2＋0.8c ×0.05c ≈0.817c .答案 0.817c二、对质能方程的理解例2 下列关于爱因斯坦质能方程的说法中，正确的是( ) A ．只有运动的物体才具有质能，静止的物体没有质能 B ．一定的质量总是和一定的能量相对应 C ．E ＝mc 2中能量E 其实就是物体的内能 D ．由ΔE ＝Δmc 2知质量与能量可以相互转化解析 E ＝mc 2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化．故选项B 正确，D 错误；静止的物体也具有能量，称为静质能E 0，E 0＝m 0c 2，m 0叫做静质量；E ＝mc 2中的能量E 包括静质能E 0和动能E k ，而非物体的内能，故选项A 、C 错误．答案 B三、广义相对论的几个结论例3 在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光( ) A ．经太阳时发生了衍射 B ．可以穿透太阳及其他障碍物 C ．在太阳引力场作用下发生了弯曲 D ．经过太阳外的大气层时发生了折射解析根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C 正确，A 、B 、D 均错．答案 C1.(相对论速度变换公式)在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v ，车上的人以速度u ′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u 与u ′＋v 的关系是( ) A ．u ＝u ′＋v B ．u <u ′＋v C ．u >u ′＋v D ．以上均不正确答案 B解析由相对论速度变换公式可知B 正确．2．(对质能方程的理解)关于物体的质量，下列说法正确的是( ) A ．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的B ．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化C ．在相对论力学中，物体静止时的质量最小D ．在相对论力学中，物体的质量随物体速度的增大而增大答案 ACD解析在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的，故选项A 正确，B 错误；在相对论力学中，由于物体的速度v 不可能达到光速c ，所以v <c,1－(v c )2<1，根据m ＝m 01－(v c )2，可知选项C 、D 均正确．3．(广义相对论的几个结论)在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于飞船的运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是( ) A ．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的 B ．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的 C ．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的 D ．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的答案 AD题组一相对论速度变换公式1．设想有一艘飞船以v ＝0.8c 的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c ，从地面上的人看来，物体的速度为( ) A ．1.7c B ．0.1c C ．0.99c D ．无法确定答案 C解析根据相对论速度变换公式得u ＝0.8c ＋0.9c1＋0.8c ×0.9c c 2≈0.99c .2．火箭以35c 的速度飞离地球，在火箭上向地球发射一束高能粒子，粒子相对地球的速度为45c ，其运动方向与火箭的运动方向相反．则粒子相对火箭的速度大小为( )A.75cB.c 5C.3537cD.5c 13 答案 C解析由相对论的速度变换公式得－45c ＝35c ＋u ′1＋35cu ′c 2解得u ′＝－3537c ，负号说明与v 方向相反．3．地球上一观察者，看见一飞船A 以速度2.5×108m /s 从他身边飞过，另一飞船B 以速度2.0×108 m/s 跟随A 飞行．求：(1)A 上的乘客看到B 的相对速度； (2)B 上的乘客看到A 的相对速度．答案 (1)－1.125×108m /s (2)1.125×108 m/s解析 (1)A 上的乘客看地面上的人以－2.5×108m/s 向后运动．地面上的人看B 以2.0×108m/s 向前运动，则A 上的乘客看到B 的相对速度为u ＝－2.5＋2.01＋－2.5×2.032×108m /s ＝－1.125×108 m/s.(2)B 上的乘客看到A 的相对速度为1.125×108m/s. 题组二相对论质量和质能方程4．一个物体静止时质量为m 0、能量为E 0.速度为v 时，质量为m 、能量为E 、动能为E k .下列说法正确的是( )A ．物体速度为v 时的能量E ＝mc 2B ．物体速度为v 时的动能E k ＝12mc 2C ．物体速度为v 时的动能E k ＝12m v 2D ．物体速度为v 时的动能E k ＝(m －m 0)c 2 答案 AD5．已知电子的静止能量为0.511MeV ，若电子的动能为0.25MeV ，则它所增加的质量Δm 与静止质量m 0的比值近似为( ) A ．0.1B ．0.2C ．0.5D ．0.9 答案 C解析设电子运动时的速度为v 由题意知E 0＝m 0c 2＝0.511MeV ①电子运动时的能量E ＝E 0＋E k ＝0.761MeV ② 又因为E ＝mc 2③m ＝m 01－v 2c 2④将④代入③得E ＝m 0c 21－v 2c2＝E 01－v 2c2⑤由④⑤可知m m 0＝EE 0所以Δm m 0＝m －m 0m 0＝E －E 0E 0＝0.761MeV －0.511MeV 0.511MeV≈0.5，故选项C 正确．6．一核弹含20kg 的钚，爆炸后生成的核静止质量比原来小110000.求爆炸中释放的能量．答案 1.8×1014J解析爆炸前后质量变化为：Δm ＝110000×20kg ＝0.002kg ，释放的能量为ΔE ＝Δmc 2＝0.002×(3×108)2J ＝1.8×1014J.7．太阳在不断地向外辐射能量，因而其质量也在不断地减小．若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J ，试计算太阳在1s 内失去的质量．估算太阳在5000年内总共减少了多少质量，并与太阳的总质量2×1027t 相比较．答案见解析解析由太阳每秒钟辐射的能量ΔE 可得其在1s 内失去的质量为Δm ＝ΔE c 2＝4×1026(3×108)2kg ≈4.44×109kg5000年内太阳总共减少的质量为Δm ＝5000×365×24×3600×4.44×109kg ≈7×1020kg ，与总质量相比ΔM M ＝7×10202×1027×103＝3.5×10－10，比值较小．题组三广义相对论的几个结论8．关于狭义相对论、广义相对论的认识，下列说法正确的是( ) A ．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架E．由ΔE＝Δmc2知质量和能量可以相互转化答案BCD9．下列说法中正确的是()A．物质的引力使光线弯曲B．光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢D．广义相对论可以解释引力红移现象答案ACD解析根据广义相对论的结论可知，选项A、C、D正确，B错误．10．下列说法中，正确的是()A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B．强引力作用可使光谱线向红端偏移C．引力场越强的位置，时间进程越快D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的答案ABD解析由广义相对论我们可知：物质的引力使光线弯曲，因此选项A、D是正确的．在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象，所以选项B正确，C错误．11．以下说法中正确的是()A．白矮星表面的引力很强B．在引力场弱的地方时钟走得比引力场强的地方快些C．引力场越弱的地方，物体的长度越短D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移答案AB。

教科版物理选修3-4 第六章相对论第一、二节

【过关训练】 1.通常我们把地球和相对地面静止或匀速直线运动的参考系看成惯性系,若以下列系统为参考系,则其中属于非惯性系的有 ( ) A.停在地面上的汽车 B.绕地球做匀速圆周运动的飞船 C.在大海上匀速直线航行的轮船 D.以较大速度匀速运动的磁悬浮列车
【解析】选B。飞船相对于地球做圆周运动,而不是静止或匀速直线运动,所以是非惯性系,故选B。
2.两个基本假设:
爱因斯坦对不同的_惯__性__系,_物__理__规律(包相对性原理括力学的和电磁的)都是一样的
光速不变原理
光在真空中传播的速度和在任何惯性系中测得的数值都是_相__同__的
【想一想】如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系? 提示:我们通常选大地是惯性参考系,相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性参考系;相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系。
【典例示范】如图所示,在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=5kg的小球,正随车厢一起以20m/s的速度匀速前进,现在给小球一个水平向前的F=5N的拉力作用, 求经10s时,车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少?
【解题探究】 (1)选择不同的参考系,对观察结果有什么影响? 提示:选择不同的参考系,其观察结果可能不一样。 (2)如何求解地面上观察者看到小球的速度? 提示:根据速度的叠加原理和牛顿第二定律,可以求解地面上观察者看到小球的速度。
【补偿训练】 1.下列关于经典力学的评价正确的是 ( ) A.经典力学揭示了自然界的运动规律,是不可否定的 B.经典力学的时空观符合我们周围的客观事实,是完全正确的 C.经典力学只适用于宏观低速现象 D.经典力学既然有误,不能再用来解决我们日常生活的问题
【解析】选C。对经典相对性原理,需要注意的问题有两点:一是这里的规律是力学规律,不是一切规律;二是对所有的惯性参考系成立,而不是对所有参考系成立,A、 B、D错,C对。

高中物理选修3-4第六章学案1 习题课后作业,有详细解答

学案1 牛顿力学中运动的相对性狭义相对论的两个基本假设时间、长度的相对性)[学习目标定位] 1.了解牛顿力学中运动的相对性.2.了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3.了解狭义相对论的两个基本假设.4.了解狭义相对论的几个主要结论.5.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别．在描述物体的运动时，为使研究问题更简便，要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于它的位置是否随时间变化以及怎样变化，这种用来做参考的物体称为参考系．1．伽利略相对性原理：力学的规律在任何惯性参考系中都是一样的．2．狭义相对论的两个基本假设：(1)对不同的惯性系，物理规律都是一样的．(2)光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的．3．狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中观测不一定是同时的．4．相对时间间隔公式：设τ0表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，τ表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是τ＝τ01－u 2c 2≥τ0.5．相对长度公式：设在车厢参考系内测得的窗户的水平长度为l 0，称为固有长度，在站台上测得的窗户的长度为l ，车厢的速率为u ，则l 、l 0、u 的关系是l ＝uτ0＝uτ1－u 2c 2或l ＝l 01－u 2c 2.6．相对论认为时间和空间的量度是有联系的，与物体的运动有关，是相对的．经典物理学则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间没有什么联系．一、牛顿力学中运动的相对性[问题设计]1．在一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的运动判断大船是静止还是在匀速行驶？答案不能．因为不论大船是静止还是匀速行驶，观察到小球的运动都是相同的，而且都要落在释放点的正下方．2．若大船相对地面以速率u向前匀速行驶，船上某人相对船以v′向前跑，则他相对地面的速率是多少？若此人以v′向船后跑呢？答案若此人相对船以v′向前跑，则他相对地面的速率为v1＝u＋v′；若向船后跑，则他相对地面的速率为v2＝u－v′.[要点提炼]1．伽利略相对性原理(1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．(2)伽利略相对性原理：力学的规律在任何惯性系中都是一样的．2．经典时空观经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间是相互独立、互不相关的．3．伽利略速度变换公式若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v′向前跑，则人对地面的速率为v ＝u＋v′；若人向车后跑时，相对地面的速率为v＝u－v′.[延伸思考]一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响来进行用单摆测定重力加速度的实验？答案匀速行驶的汽车属于惯性系，所以他能够完成这个实验，且与地面上的结果无异．二、狭义相对论的两个基本假设[问题设计]如图1所示，光源在参考系O中图1(1)根据伽利略速度变换公式，计算当参考系O′与参考系O相对静止时，O′相对于O以速度v向右匀速运动时以及O′相对于O以速度v向左匀速运动时人看到的光速分别是多少？(2)根据狭义相对论原理，在不同的参考系中，光速的大小是不同的吗？(3)伽利略速度变换公式是错误的吗？答案 (1)分别为c 、c －v 、c ＋v (2)光速对不同的参考系，值是相同的，即光速不变 (3)伽利略速度变换公式适用于低速运动的情况 [要点提炼]狭义相对论的两个基本假设 1．爱因斯坦相对性原理对不同的惯性系，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的． 2．光速不变原理光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的．三、同时的相对性时间间隔的相对性 [问题设计]1．如图2所示，一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照亮了车厢的前壁和后壁．车上的人观察到闪光是同时照亮前后壁吗？地面上的人是怎么认为的？图2答案车上的人认为闪光同时照亮了前后壁，地面上的人认为先照亮后壁．2．某人在这列火车上拍了两下桌子，车上的人观测的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人观测的时间间隔相同吗？答案不同． [要点提炼]1．“同时”的相对性(1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的．(2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． 2．时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的．(2)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式τ＝τ01－u 2c 2，也就是说，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀．四、长度的相对性相对论时空观 [问题设计]如图3所示，假设杆MN 沿着车厢的运动方向固定在火车上，且与火车一起运动，火车上的人测量杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？图3答案不同．[要点提炼]1．长度的相对性(尺缩效应)(1)(2)运动方向上，杆的长度不变．2．经典时空观和狭义相对论时空观(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联系，即与物质的运动无关．(2)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态有关．一、对狭义相对论的理解例1根据狭义相对论原理，考虑以下几个问题：(1)如图4所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？图4解析光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．故三种情况下人看到的光速都是c.答案(1)c(2)c(3)c二、时间、时空的相对性例2如图5所示，沿平直铁路线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两铁塔被照亮的顺序是()图5A ．同时被照亮B ．A 先被照亮C ．C 先被照亮D ．无法判断解析列车上的观察者看到的是由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，靠近C 而远离A ，所以C 的反射光先到达列车上的观察者，看到C 先被照亮，故只有C 正确．答案 C例3 在一飞船上测得飞船的长度为100m ，高度为10m ．当飞船以0.60c 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？解析因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10m ．设飞船原长为l 0，观测到飞船的长度为l ，则根据“动棒缩短”有l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫u c 2＝100×1－⎝⎛⎭⎫0.60c c 2m ＝80m. 所以观测到飞船的高度和长度分别为10m 、80m. 答案观测到飞船的高度和长度分别为10m 、80m.1．(狭义相对论)关于狭义相对论，下列说法不正确的是( ) 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．狭义相对论任何情况下都适用答案 D解析由狭义相对论原理可知D错误．2．(狭义相对论)如图6所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()图6A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c答案 D3．(时间和时空的相对性)如图7所示，某车沿水平方向高速行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前、后壁，则地面上的观察者认为该闪光________(选填“先到达前壁”、“先到达后壁”或“同时到达前后壁”)，同时他观察到车厢的长度比静止时变________(选填“长”或“短”)了．图7答案先到达后壁短解析地面上的观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，即地面上的观察者认为该闪光先到达后壁．根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．故可以得出观察者观察到车厢的长度比静止时变短．题组一经典相对性原理1．下列哪些是“相对论”的内容()A．伽利略的相对性原理B．动棒缩短C．“动钟变慢”D．以上都不是答案BC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“动棒缩短”、“动钟变慢”，则B、C 正确，D错误．2．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有()A．停在地面上的汽车B．绕地球做匀速圆周运动的飞船C．在大海上匀速直线航行的轮船D．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车答案 B解析由惯性系和非惯性系的概念可知选B.3．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是()A．适用于宏观物体B．适用于微观物体C．适用于高速运动的物体D．适用于低速运动的物体答案AD解析由经典力学的局限性可知A、D正确．4．根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()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实验判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实验判断该参考系是否做匀速直线运动答案AC解析由伽利略相对性原理可知A、C正确．题组二狭义相对论5．有下列几种说法：①所有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大小都相同．关于上述说法()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答案 D6．下面说法正确的是()A．在以11000c竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大B．在以11000c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小C．在以11000c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD．在以11000c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c答案CD解析由相对论原理知，光速在不同惯性参考系中总是相同，故可选C、D.7．下列说法中正确的是()A．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题B．在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c－vC．在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋vD．迈克耳孙—莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的答案 D解析相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及相对哪个参考系才成立的问题，故选项A错误；根据狭义相对论的光速不变原理，故选项B、C错误，D正确．题组三时间和空间的相对性8．下列说法中正确的是()A．一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点B．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C．一条杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0D．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了答案ABD解析根据经典物理学可知，选项A正确；根据“动棒缩短”效应可知，选项B、D正确；只有在运动方向上才有“动棒缩短”效应，若杆沿垂直杆的方向运动，则杆的长度不变，故选项C错误．9．惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是()答案 C解析由相对论知识l ＝l 01－(uc)2得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变，C 选项正确．10．地面上A 、B 两个事件同时发生．如图1所示，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点A 、B 连线飞行的人来说，哪个事件先发生？图1答案 B 事件先发生．解析以地面为参考系，A 、B 两个事件同时发生，即如在A 、B 连线中点C 放一时钟，将同时接收到来自A 、B 的信号．设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自B 的信号，后接收到来自A 的信号，即以火箭(或火箭上的人)为参考系，B 事件先发生． 11．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( )A ．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变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准确的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u ≪c 时，“时间变缓”和“长度收缩”效果可忽略不计答案 BCD解析按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A 错误；由τ＝τ01－(u 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，时钟准确，B 正确；由l ＝l 01－u 2c2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u ≪c 时，“时间变缓”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D 也正确．12．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果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( ) A ．0.5c B ．0.6c C ．0.8c D ．0.9c 答案 C 解析由l ＝l 01－u 2c 2，且l l 0＝35可得：u ＝45c ＝0.8c ，故C 正确．13．甲、乙两人站在地面上时的身高都是L 0，甲、乙分别乘坐速度为0.6c 和0.8c (c 为光速)的飞船同向运动，如图2所示．此时乙观察到甲的身高L ______L 0；若甲向乙挥手，动作时间为t 0，乙观察到甲的动作时间为t 1，则t 1______t 0(均选填“＞”“＝”或“＜”)．图2答案＝＞解析本题考查相对论的基本知识．因飞船速度方向水平，在竖直方向无相对论效应，所以此时乙观察到甲的身高L＝L0.甲向乙挥手，是以自己为参考系，是不动的，乙看甲挥手，甲在做相对运动，所以t1大于t0.。

福建省漳州市高中物理人教版选修3-4校本作业：第六章相对论和天体物理B 含答案

第六章相对论和天体物理B１．设想有一艘飞船以v=0。

8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0。

9c,在地面上的人看来,物体的速度为( )CA.1.7c B。

0。

1c C。

0.99c D。

无法确定２．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0。

60c的速率向东飞行,5.0s后该飞船将与一个以0。

80c的速率向西飞行的彗星相碰撞，试问:（1）飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？(2）从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线以避免与彗星碰撞?（1)这是一个相对论速度变换问题.取地球为s系，飞船为s′系,向西为正向，则s系相对s′系的速度v=0.60c,彗星相对s系的速度u x=0.80c，由速度变换可得u′x==0。

946c即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。

(2)由时间间隔的相对性有Δt==5.0s解得Δt′=4.0s３．设想在人类的将来实现了恒星际航行,即将火箭发射到邻近的恒星上去,火箭相对于日心-恒星坐标系的速率为v=0。

8c，火箭中静止放置长度为1.0 m的杆，杆与火箭方向平行，求在日心—恒星坐标系中测得的杆长。

0。

6 m４．1947年,在用乳胶研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子,称作介子，质量约为电子质量的273. 27倍，它带有一个电子电量的正电荷或负电荷，称作π+或π—．若参考系中π±介子处于静止，它们的平均寿命为π=2.56×10—8 s,设π±介子以0.9c速率运动，求从实验室参考系观测到该粒子的平均寿命。

5。

87×10-8 s。

教科版高中物理选修3-4第六章相对论.docx

高中物理学习材料桑水制作第六章相对论第1节经典时空观第2节狭义相对论的两个基本假设1．如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做____________________相对一个惯性系做________________________的另一个参考系也是惯性系．在任何惯性系中，力学规律都是一样的，都可以用________________来描述，这一结论称为伽利略相对性原理．2．经典时空观认为，时间和空间是恒定________的，________________的．3．狭义相对论的两个基本假设：(1)狭义相对性原理(爱因斯坦相对性原理)为在不同的惯性参考系中，________________________都是相同的(2)光速不变原理：________的光速在________________________________中都是相同的．4．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是( )A．飞机为非惯性参考系B．飞机为惯性参考系C．灾民为非惯性参考系D．灾民为惯性参考系5．关于狭义相对论，下列说法不正确的是( )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运动的惯性系D．狭义相对论任何情况下都适用概念规律练知识点一伽利略相对性原理及伽利略速度变换1．一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响，来进行用单摆测重力加速度的实验？2．如图1所示，在列车车厢的光滑水平底面上有一个质量为m＝5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进．现在给小球一个水平向前的F＝5 N的拉力作用，求经10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？图1知识点二光速不变原理3．判断下面说法中正确的是( )A．在以11 000c沿竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大B．在以11 000c沿竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小C．在以11 000c沿竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD．在以11 000c沿竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c 4．考虑以下几个问题：图2(1)如图2所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O相对于参考系O′以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？方法技巧练经典相对性原理的理解技巧5．在不同的惯性参考系中，物体的运动情况可能不同．例如在匀速行驶的车上看，座位上的人是静止的，在地面看，座位上的人是运动的；在匀速行驶的船上看，桅杆上掉下来的物体在做自由落体运动，在岸边看，物体在做平抛运动……它们在不同的惯性系中遵从的力学规律一样吗？也就是说，地面物体的运动要遵守牛顿运动定律，车上、船上的物体是否也要遵守牛顿运动定律呢？6．下列物体的运动服从经典力学规律的是( )A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动C．物体运动的速率接近真空中的光速D．地球绕太阳的运动1．下列说法中正确的是( )A．17世纪末期，以经典力学、热力学与统计物理学、电磁场理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系B．1632年爱因斯坦发表了《关于两个世界体系的对话》C．牛顿运动定律仅在惯性系中才能成立D．力学规律在任何惯性系中都是相同的，这个论述叫做伽利略相对性原理2．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( )A．适用于宏观物体B．适用于微观物体C．适用于高速运动的物体D．适用于低速运动的物体3．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有( )A．停在地面上的汽车B．绕地球做匀速圆周运动的飞船C．在大海上匀速直线航行的轮船D．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车4．根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论( )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．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动5．有下列几种说法：①所有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( )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6.伽利略相对性原理是_____________________________________________________________________．7．狭义相对论的两个基本假设是____________________________________________________________________；________________________________________________________________________.8．火箭以0.50c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c.根据经典运动学，光到达地球时测得的速度是多少？根据狭义相对性原理呢？9．飞船在高空以110c的速度向目标飞行，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则在地面的观察者看光信号的速度是1.1c吗？10.如图3所示，爱因斯坦通过研究“磁体相对于导体回路运动时，导体回路就会感应出电流”这一现象，发现了经典物理学的什么破绽？图311．假若你坐在火车中，在车厢地板上有一光滑的小球．在某段时间内，球相对于你不滚动，则此时的火车能否看成是惯性参考系？若某段时间内，你发现球加速离你而去，则此时的火车能否看成是惯性参考系？第六章相对论第1节经典时空观第2节狭义相对论的两个基本假设答案课前预习练1．惯性参考系匀速直线运动牛顿定律 2．独立互不相关3．(1)一切物理规律 (2)真实不同的惯性参考系4．BD [物品投放后，仅受重力作用，飞行员看到物品是做初速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯性参考系，B 对；而地面上的人员看到物品做初速度不为零的抛体运动，也符合牛顿运动定律，D 也对．]5．D [由狭义相对论原理可知D 错误．] 课堂探究练1．可以进行用单摆测重力加速度的实验解析匀速行驶的汽车属于惯性系，所以他能够完成这个实验，且与地面上的结果无异．点评 (1)地球以及相对于地球做匀速直线运动的参考系为惯性系． (2)力学规律在任何惯性系中都是相同的． 2．10 m/s 30 m/s 解析对车上的观察者物体的初速度v 0＝0，加速度a ＝F m ＝1 m/s 210 s 时速度v 1＝at ＝10 m/s. 对地上的观察者解法一物体初速度v 0＝20 m/s 加速度相同a ＝F m＝1 m/s 210 s 末速度v 2＝v 0＋at ＝30 m/s. 解法二根据速度合成法则v 2＝v 1＋v 0＝(10＋20) m/s ＝30 m/s.点评在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s ，另一个30 m/s ，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则．也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的．3．CD [根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c ，相对于地面的速度也为c ，对不同的惯性系是相同的，因此C 、D 正确，A 、B 错误．]4．(1)c (2)c (3)c解析根据狭义相对论光速不变原理知，都应为c.点评光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的． 5．都遵从相同的力学规律解析根据狭义相对性原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．所以不管地面上的运动物体，还是车上的、船上的物体都遵从相同的力学规律．6．ABD [经典力学规律只适用于宏观低速物体的运动，所以A 、B 、D 正确．当物体的速率接近真空中的光速时，就不适合用经典力学来解释了，C 错误．]方法总结理解经典相对性原理要抓住两点：(1)惯性参考系是指地球以及相对地球做匀速直线运动的参考系；(2)力学规律在任何惯性系中都相同，即同一物体相对于不同的惯性系，讨论其运动时，所采用的运动规律和速度合成法则是相同的．课后巩固练1．CD [由经典的相对性原理可知C、D正确．]2．AD [由经典力学的局限性可知A、D正确．]3．B [由惯性系和非惯性系的概念可知B正确．]4．AC [由伽利略相对性原理可知A、C正确．]5．D6．力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性参考系都是平权的．7．狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．8．0.5c c解析据经典运动学v＝0.5c，据狭义相对性原理：光速不变，到达地球时光速为c.9．不是，光信号相对地面的观察者速度仍然是c.解析由经典力学的相对性原理可知，光信号相对地面的速度v＝c＋110c＝1.1c，但这一结论是错误的．根据光速不变原理，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的，这一判断已被迈克耳孙—莫雷实验所证实．方法点拨经典力学的结论具有一定的局限性，一般只适用于宏观物体的低速运动．10．见解析解析爱因斯坦针对这一个实验分析，“从磁体看，肯定没有电场；可是从导体回路看，却肯定有电场．”于是，“电场的有无就成为相对的了，取决于所用坐标系的运动状态．”同一实验在不同参考系中居然有完全不同的解释，这违背了伽利略相对性原理，由此爱因斯坦发现困难在于“运动学的一些基本概念的任意性上”，促使他提出了狭义相对论．11．能不能解析当球不滚动时，符合牛顿运动定律，因此火车可看成惯性参考系．当球加速滚动时，由于球只受重力和支持力作用，所受合力为零，因此不符合牛顿运动定律，不能把火车看成惯性参考系．。

福建省漳州市高中物理选修3-4校本作业：第六章相对论

第六章相对论和天体物理A1．惯性系S 中有一边长为l 的正方形（如图A 所示），从相对S 系沿x 方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是 ( )C2． 1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（） DA ．同时的绝对性与同时的相对性B ．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C ．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D ．相对性原理与光速不变原理3．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程，E=mc 2科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。

设捕获中子前的原子质量为m 1，捕获中子后的原子质量为m 2，被捕获的中子质量为m 3，核反应过程放出的能量为ΔE ，则这一实验需验证的关系式是 ( )BA ． ΔE=(m 1－m 2－m 3)c 2B ． ΔE=(m 1+m 3－m 2)c 2C ． ΔE=( m 2－m 1－m 3)c 2D ． ΔE=( m 2－m 1+m 3)c 24．如图所示，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为v ，则两火箭上的观察者测出的光速分别为 ( )BA ．v c +,v c -B ．c , cC ．v c -,v c +光D．无法确定5．在狭义相对论中,下列说法正确的有( ) AA．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B．质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态无关C．时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关D．在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件,在其他一切惯性系中也是同时发生的6．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运动,其内站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( )AA．这个人瘦但不高 B．这个人矮但不胖C．这个人是个瘦高个子D．这个人是个矮胖子7．根据经典物理学知识,人们对时间和空间的认识,下列说法正确的是( )ABA．时间和空间是绝对的,与物质的存在和物质的运动都无关B．时间和空间可以脱离物质而独立存在,二者之间也无联系C．时间和空间可以脱离物质而独立存在,二者之间存在一定的联系D．时间和空间不能脱离物质而独立存在,二者之间存在一定的联系8．星际火箭以0.8c的速率飞行,地面上的观测者测得火箭的长度是原来的多少倍?【解析】由相对论长度公式l=l0错误！未找到引用源。

物理教科版选修3-4课时作业：第六章相对论单元测试Word版含解析

章末过关检测(六)(时间：90分钟，满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1.如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A．0.4c B．0.5cC．0.9c D．1.0c解析：选D．根据光速不变原理，壮壮观测到的光传播速度仍为c，D项正确.2.列车静止时，车厢长度与沿轨道方向排列的相邻电线杆间距离相等.当列车以接近光速行驶，车上的乘客观测车厢长度与相邻电线杆间距离，所得出的结论是() A．车厢长度大于相邻电线杆间距离B．车厢长度小于相邻电线杆间距离C．向前观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离D．向后观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离解析：选A．在运动方向上由于有“尺缩效应”，故长度变短，所以车厢长度大于相邻电线杆间距离.3.惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是()解析：选C．飞行器与被测正方形沿x方向发生相对运动.由相对论时空观可知，在该方向上会发生长度收缩效应，因此该方向测得的长度小于l，y方向与相对运动方向垂直，故y 方向上测得的长度仍为l，故正确答案为C．4.大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸.除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的.上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀.面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀.如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是下面哪个图像()解析：选C ．由题意知，宇宙半径R 随t 增大先匀速增大后加速膨胀，加速膨胀过程中半径随t 增大急剧增大，图像C 符合.5.在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s 若相对甲做匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s ，则乙相对于甲的运动速度是( )A ．45cB ．35cC ．15cD ．25c解析：选B ．由题意可知，Δt ′＝4 s ，Δt ＝5 s.由公式Δt ＝Δt ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2得，v ＝c1－⎝⎛⎭⎫Δt ′Δt 2＝35c ，所以B 正确. 6.太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A ．1036 kgB ．1018 kgC ．1013 kgD ．109 kg 解析：选D ．根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，得Δm ＝ΔE c 2＝4×1026(3×108)2 kg ≈4×109 kg. 7.某宇航员要到离地球5光年的星球上去，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为( )A ．0.5cB ．0.6cC ．0.8cD ．0.9c解析：选C ．根据公式l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫vc 2可知，令l ＝3光年，l 0＝5光年，就可求得v ＝0.8c . 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)8.对相对论的基本认识，下列说法不正确的是( )A ．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的B ．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C ．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快D ．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了解析：选BCD ．爱因斯坦的质能方程阐明了质量和能量的相互联系，质量和能量是物体存在的两种形式，质量和能量是不同的概念，B 错误.再由相对论的基本原理可知，选项A 正确，C 、D 错误.9.下列说法正确的是( )A ．对同一物体的运动，选择的参考系不同，观察的结果可能不同B ．应用牛顿运动定律时，参考系的选取可以是任意的C ．相对地面静止或匀速直线运动的参考系是惯性系D ．牛顿运动定律是普遍适用的解析：选AC ．对同一物体的运动，参考系的选择不同，观察的结果可能不同，A 选项正确；牛顿运动定律是有适用范围的，只适用于惯性参考系，B 、D 选项错误；相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系，C 选项正确.10.在地面附近有一高速飞过的火箭.关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )A ．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B ．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C ．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D ．火箭上的人看地面物体长度变小，时间进程变慢了解析：选BCD ．因为表达式l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫vc 2和Δt ＝Δτ1－⎝⎛⎭⎫v c 2，可知l ＜l 0和Δt ＞Δτ，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它的长度变短，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物体的长度越短，物理过程所经历的时间越长.故B 、C 、D 正确.三、非选择题(本题共6小题，共54分，按题目要求作答.计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11.(6分)设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k 倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍.解析：由E 0＝m 0c 2，E ＝mc 2得m m 0＝EE 0＝k由m ＝m 01－v 2c 2得，v c ＝k 2－1k .答案：kk 2－1k12.(6分)以速度v 绕地球旋转的人造卫星，它的时间Δt ′和地球上同时测量的时间Δt 的关系是____________.卫星上的长度为l ′，在地球上测量的长度是______________.答案：Δt ＝Δt ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2 l ′1－⎝⎛⎭⎫vc 213.(8分)一观察者测得运动着的米尺长度为0.5 m ，静止时长度为1 m ，求此米尺以多大的速度移动.解析：以观察者测得的长度为l ，米尺的长度为l ′，则满足长度相对性公式l ＝l ′1－⎝⎛⎭⎫vc 2，进行变形可解v .根据l ＝l ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2可得，v ＝c l ′2－l 2l ′代入数据得v ＝0.866c ≈2.60×108 m/s. 答案：2.60×108 m/s14.(10分)一电子以0.99c 的速率运动.问： (1)电子的总能量是多少？(2)电子的经典力学的动能与相对论动能之比是多少？(电子静止质量m 0＝9.1×10－31kg)解析：(1)电子的总能量为： E ＝mc 2＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2·c 2＝9.1×10－311－⎝⎛⎭⎫0.99c c 2×(3×108)2 J ≈5.8×10－13 J. (2)电子的经典力学动能为 E k ＝12m 0v 2＝12m 0(0.99c )2相对论的动能为 E k ′＝E －E 0＝mc 2－m 0c 2 E kE k ′＝0.08. 答案：(1)5.8×10－13J (2)0.0815.(12分)1901年，德国科学家考夫曼在确定β射线比荷的实验中首先观测到，电子比荷与速度有关，他假设电子的电荷不随速度而改变，则它的质量就要随速度的增加而增加.实验结果如图所示.请用质速关系公式，计算电子在0.6c 和0.8c 下的质量，并和实验数据对比.解析：设电子静止质量为m 0，电子在0.6c 时的质量为m 1＝m 01－v 2c2＝m 01－(0.6c )2c2＝1.25m 0.电子在0.8 c 时的质量为m 2＝m 01－v 2c2＝m 01－(0.8c )2c2≈1.7m 0.和实验数据比较，吻合得很好.答案：1.25m 0 1.7m 0 和实验数据比较，吻合得很好16.(12分)设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c 的速率向东飞行，5.0 s 后该飞船将与一个以0.80c 的速率向西飞行的彗星相碰撞.试问：(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞？解析：(1)这是一个相对论速度变换问题.取地球为S 系，飞船为S ′系，向东为x 轴正向.则S ′系相对S 系的速度v ＝0.60c ，彗星相对S 系的速度u x ＝－0.80c .由速度变换可得所求结果.结果u ′x ＝u x －v1－v u x c2＝－0.946c . 即彗星以0.946c 的速率向飞船靠近. (2)由时间间隔的相对性知Δt ＝Δτ1－⎝⎛⎭⎫v c 2＝5.0 s解得Δτ＝4.0 s.答案：(1)0.946c (2)4.0 s。

高中鲁科版物理新选修3-4第六章相对论与天体物理章节练习含答案解析

高中鲁科版物理新选修3-4第六章相对论与天体物理章节练习学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．关于经典力学，下列说法正确的是（）A．经典力学取得了巨大的成就，所以经典力学是普遍适用的B．由于相对论及量子力学的提出，经典力学已经失去了它的作用C．相对论及量子力学的出现是对经典力学的否定D．经典力学在宏观低速中仍适用2．关于经典物理学和相对论，下列说法正确的是（）A．经典物理学和相对论是各自独立的学说，互不相容B．相对论完全否定了经典物理学C．相对论和经典物理学是两种不同的学说，二者没有联系D．经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用范围内仍然成立3．人类最早对宇宙的认识学说是( )A．地心说B．日心说C．大爆炸学说D．以上说法都不正确4．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是( ) A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长了C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢D．这是神话，科学无法解释5．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面某处，v A＞v B，在A火箭上的人观察结果正确的是( )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6．根据爱因斯坦质能方程，以下说法错误的是( )A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可改变的D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大7．在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为( ) A．洞口为椭圆形，长度变短B．洞口为圆形、长度不变C．洞口为椭圆形、长度不变D．洞口为圆形，长度变短8．下列说法中不正确的是( )A．一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点B．一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小C．一根杆的长度静止时为0l，不管杆如何运动，杆的长度均小于0lD．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了二、填空题9．设想一光子飞船以v=0.95C的速率相对于地球运动，若飞船上宇航员用测时器测他吸一支烟用去10 min，地球上的观测者测他吸一支烟用去________min.10．物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：________.由此可见，物体质量________，其蕴含的能量________．能量与质量成________，所以质能方程又可写成________．11．“世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关．根据爱因斯坦的理论，一把米尺，在它与观察者有不同相对速度的情况下，米尺长度是不同的，它们之间的关系如图．由此可知，当米尺和观察者的相对速度达到0.8c（c为光速）时，米尺长度大约是________m．在日常生活中，我们无法察觉到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度________．Li，生成2个α粒子，若用m p表示质子的质量，m表示锂核质12．用质子轰击锂核73=________.量，m a表示α粒子质量，则此反应中释放的能量E三、解答题13．（题文）如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？（2）在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？14．假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论．15．请同学们讨论一下狭义相对论为什么叫做假设而不叫做原理?参考答案1．D【解析】经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，A错误；相对论、量子论的提出，没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，BC错误；经典力学在低速、宏观状态下的仍然可以使用，对于高速、微观的情形经典力学不适用，D正确．2．D【解析】【详解】经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围；故BC错误；经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D正确．故选D．【点睛】经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于狭义相对论．3．A【详解】人类对宇宙的认识是一个渐进的过程.在人类历史上，相当长的时期内，人们认为地球是宇宙的中心，后来哥白尼提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，后来人类对宇宙的起源进行探究，物理学家伽莫夫提出了大爆炸学说. ，故选A.4．C【详解】上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是20世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢．故选C．5．A【解析】因为当一个惯性系的速度比较大时，符合Δt=′√1−(vc )，速度越大，Δt′越大．因为v A＞v B，所以Δt A′＞Δt B′.故选A.思路分析：根据公式Δt=′√1−(vc )分析,当速度越大,Δt′越大．试题点评：本题考查了时间的相对性,视频6．C【解析】根据质能方程可知，任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等，选项A正确；太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小，选项B 正确，C错误；若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大，选项D正确；此题选择错误的选项，故选C.7．D【详解】根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．所以高速列车通过洞口为圆形的隧道时，列车上的司机对隧道口方向的观察结果仍然是圆形，但是观察隧道的长度变短，故选D.【点睛】狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩．可以通俗的理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．8．C【解析】经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同．故A正确；根据l l＝B 正确；一根杆的长度静止时为l0，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化．故C错误；根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．故D 正确．本题选择不正确的，故选C 点睛：该题考查长度的相对性，知道经典的时空观与相对论时空观的区别，以及长度变化与运动方向的关系是解答该题的关键．9．32【解析】【详解】根据相对论原理可知，地球上的观测者测得他吸一支烟用去的时间：032min t ==≈10．E ＝mc 2 越大越多正比 ΔE ＝Δmc 2【详解】物体的质量m 与其蕴含的能量E 之间的关系是：E ＝mc 2；由此可见，物体质量越大，其蕴含的能量越多．能量与质量成正比，所以质能方程又可写成ΔE ＝Δmc 2．11．0.6 远远小于光速【解析】由图可以对应看出，米尺的长度大约为0.6 m ，在日常生活中，我们无法观察到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度太小，远远小于光速的缘故．点睛：记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论，即尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．12．()22p m m m c α+-【解析】【详解】核反应过程中有能量放出，因此有质量亏损，根据ΔE ＝Δmc 2，而Δm ＝m p +m-2m α，所以 ΔE ＝（m p +m-2m α）c 2答案：（m p +m-2m α）c 213．（1）同时接收到（2）A 先接收到【解析】在地面上的观察者看来，光源距离A 、B 等距，光信号向两电杆传播的速度相同，因此，光信号同时到达AB,.在运动车厢中的观察者看来，运动车厢是个惯性系，地面和AB都在向左运动,光信号向左右两侧传播速度相同(光速不变原理).在光信号向两侧传播的过程中，地面及AB都向左运动了一段距离，所以光信号先到达B，后到达A.思路分析：在地面上的观察者看来，光源距离A、B等距，光信号向AB传播的速度相同，因此，光信号同时到达AB,. 在运动车厢中的观察者看来，运动车厢是个惯性系，地面和可得先AB都在向左运动,光信号向左右两侧传播速度相同(光速不变原理).根据公式t=√1−v2c2到达B，试题点评：本题考查了时间间隔的相对性t=√1−v2c214．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价【解析】【详解】飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．15．在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理【详解】在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理．【点睛】虽然这两个假设可以由麦克尔孙—莫雷实验直接推出，但毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度.。

2020年高中物理鲁教版选修3-4第6章《相对论和天体物理》测试卷

第6章《相对论与天体物理》测试卷一、单选题(共15小题)1.下列说法正确的是()A．爱因斯坦的狭义相对论认为运动的时钟变快B．狭义相对论认为一切物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式C．在高速运动情况下，经典力学的规律仍然适用D．可以通过力学实验区分均匀引力场和一个做匀加速运动的参考系2.经典力学不能适用于下列哪些运动()A．以99%倍光速运行的电子束B．火箭的发射C．宇宙飞船绕地球的运动D． “勇气号”宇宙探测器的运动3.按照相对论的观点，下列说法正确的是()A．物体运动时的质量总是小于其静止时的质量B．物体运动时的质量总是等于其静止时的质量C．真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的D．真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的4.假设甲在接近光速的火车上看地面上乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是()A．甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度大B．甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度小C．乙看到甲手中的尺的长度比甲看到自己手中的尺的长度大D．乙看到甲手中的尺的长度与甲看到自己手中的尺的长度相同5.在经典的时空观中，下列说法错误的是()．A．空间是恒定不变的B．时间是恒定不变的C．任何参考系中测量同一个物体的长度是相同的D．任何观察者测量同一个事件的时间是相同的6.以下说法正确的有()A．在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时钟变快了B．可以通过多普勒效应测量运动物体的速度C．微波的频率大于X射线的频率D．如果摆钟变快了，可以通过适当减少摆的长度校准摆钟7.下列说法正确的是()A．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一B．由相对论知：m＝，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大C．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了D．根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是不同的8.在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光()A．经太阳时发生了衍射B．可以穿透太阳及其他障碍物C．在太阳引力场作用下发生了弯曲D．经过太阳外的大气层时发生了折射9.话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是()A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长了C．由相对论可知，物体速度越大，在其上时间进程就越慢，生理过程也越慢D．这是神话，科学无法解释10.为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程，下列说法中不正确的是()A．表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据质能方程可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．式中的E是发生核反应中释放的核能11.下列说法正确的是()A．一枚静止时长为30 m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度为24 mB．日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是衍射中产生的色散现象C．单摆在周期性的驱动力作用下做受迫运动，驱动力的频率增大，单摆的振幅不可能减小D．狭义相对论的一个重要结论：质能方程说明物体的总能量和它的质量是正比关系，能量和质量可以相互转化12.根据相对论判断，下列说法正确的是()．A．狭义相对论全面否定了经典力学理论B．如果物体在地面上静止不动，任何人在任何参考系里测得的物体的长度都是一样的C．由E＝mc2可知，质量可转变成能量D．物体的速度越大，质量也变得越大13.在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观察，结果是()A．一定同时B．可能同时C．不可能同时，但可能同地D．不可能同时，也不可能同地14.下列说法正确的是()A．开普勒发现了万有引力定律B．牛顿测定了万有引力常量C．爱因斯坦建立了狭义相对论D．物体高速(接近光速)运动时，其长度与运动状态无关15.在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是()A．u＝u′＋v B．u＜u′＋v C．u＞u′＋v D．以上均不正确二、填空题(共3小题)16.绝对时空观的特点是：________、________，时间和空间都是绝对的．17.以速度v绕地球旋转的人造卫星，它的时间Δτ和地球上同时测量的时间Δt的关系是__________；卫星上的长度l′，在地球上测量卫星的长度是__________．18.广义相对论认为，在任何参考系中，物理规律都是________．三、计算题(共3小题)19.一个原来静止的电子，经过100 V的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？20.设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0 s后该飞船将与一颗以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞．试问：(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞？21.地球上一观察者，看见一飞船A以2.5×108m/s的速度从他身边飞过，另一飞船B以2.0×108m/s 的速度跟随A飞行．求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度．答案解析1.【答案】B【解析】狭义相对论认为运动的时钟变慢，故A项错．狭义相对论认为所有惯性系是等价的，一切物理规律在惯性系中都有相同的形式，故B项正确；在高速运动情况下，经典力学的规律不再适用，故C项错；一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等效，不能通过力学实验来区分，故D项错．2.【答案】A【解析】A.微观粒子不适用于经典力学，特别是以99%倍光速运行的电子束，故A符合题意；B.火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、“勇气号”宇宙探测器的运动都属低速运动，经典力学能适用．故选A.3.【答案】D【解析】由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，故A、B错误；光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，故C错误，D正确．4.【答案】B【解析】由l＝l0可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的变短了，故B正确，A、C、D错误．5.【答案】B【解析】时间是变化的，在经典时空观中时间是均匀地与任何外界事物无关地流逝着的，故B错．6.【答案】B【解析】A.根据Δt＝可知，在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时钟变慢了，故A错误；B.可以通过多普勒效应测量运动物体的速度．故B正确．C.微波的频率小于X射线的频率，故C错误；D.如果摆钟变快了，则摆动的周期变小了，根据T＝2π知，可以增大摆长校准摆钟，故D错误．7.【答案】A【解析】A.狭义相对论的两个基本假设是：光速不变原理和狭义相对性原理，故A正确；B.狭义相对论公式m＝中，光速是物体速度的极限，不可能达到，故B错误；C.根据相对论，有运动延迟效应和长度缩短效应，故在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了，故C错误；D.根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是相同的，故D错误．8.【答案】C【解析】根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确，A、B、D均错．9.【答案】C【解析】根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢．10.【答案】D【解析】爱因斯坦的质能方程反映了物体质量与能量、质量变化与能量变化间的关系．式中的能量并非单指核能，而是表示物体具有的各种能，故A、B、C正确，D错误．11.【答案】A【解析】根据长度的相对性：L＝L0得，观察者测得火箭的长度为：L＝24 m，故A正确；日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是光的干涉现象，故B错误；单摆在周期性的驱动力作用下做受迫运动，当驱动力的频率与单摆的固有周期相同时，振幅最大，故C错误；狭义相对论的一个重要结论：质能方程说明了物体的总能量和它的质量的关系，能量和质量是不可以互换的，故D错误．12.【答案】D【解析】由相对论的结论可知，D正确．13.【答案】B【解析】两个相对静止的惯性系观测结果相同，其他则不同，故B正确．14.【答案】C【解析】牛顿发现了万有引力定律之后，卡文迪许用扭秤实验首先测出了万有引力常量，故A、B 错误；爱因斯坦建立了狭义相对论和广义相对论，故C正确；根据相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都与物体的速度有关，都是相对的，故D错误．故选C.15.【答案】B【解析】根据相对论速度变换公式得：他相对地面的速度u＝＜u′＋v，故A、C、D错误，B正确．16.【答案】时间和空间是分离的时间尺度和空间尺度与物质运动无关【解析】绝对时空观的特点是时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，时间和空间都是绝对的．17.【答案】Δt＝l′【解析】根据狭义相对论的钟慢效应公式得：地球上同时测量的时间Δt＝由尺缩效应公式得：在地球上测量的长度l＝l′18.【答案】相同的【解析】狭义相对论认为，所有物理规律在惯性系中都是平等的，突出了惯性系特殊的地位．而广义相对论把这种思想更推广一些，认为不只是惯性系，所有参考系，物理规律都应该一样．19.【答案】1.6×10－17J0.02% 5.9×106m/s【解析】加速后电子的动能是：E k＝qU＝1.6×10－19×100 J＝1.6×10－17J因为E k＝mc2－m e c2，所以m－m e＝因此＝把数值代入，得：＝≈2×10－4即质量改变了0.02%.这说明经过100 V电压加速后，电子的速度与光速相比仍然很小，因此可以使用E k＝mv2这个公式．由E k＝mv2得电子的速度：v＝≈5.9×106m/s这个速度虽然达到了百万米每秒的数量级，但仅为光速的2%.20.【答案】(1)0.946c (2)4.0 s【解析】(1)这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速度v＝0.60c，彗星相对S系的速度ux＝－0.80c，由速度变换公式ux＝，代入数据得ux′＝－0.946c.即彗星以0.946c的速率向飞船靠近．(2)由时间间隔的相对性Δt＝，有Δt＝5.0 s，解得Δt′＝4.0 s.21.【答案】(1)－1.125×108m/s(2)1.125×108m/s【解析】(1)A上的乘客看地面上的人以－2.5×108m/s向后运动．地面上的人看B以 2.0×108m/s向前运动，则A上的乘客看到B的相对速度为u＝＝×108m/s＝－1.125×108m/s.(2)同理，B上的乘客看到A的相对速度为1.125×108m/s.。

教科版物理选修3-4学案：第六章相对论章末整合提升 Word版含解析

章末整合提升一、时间和空间的相对性1．与运动的惯性系相对静止的人认为两个事件时间间隔为τ0，地面观察者测得的时间间隔为τ，则两者之间关系为τ＝τ01－u 2c 2.2．设尺子的固有长度为l 0，观察者与被测物体有相对运动时，尺子的长度为l ，则有l ＝l 01－u 2c2，即沿运动方向上的长度缩短了．这就是相对论中长度的相对性．例1 (多选)在狭义相对论中，下列说法正确的是( )A ．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B ．质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的C ．在一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的D ．惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些解析在以上四种说法中，只有C 违背了同时的相对性，是不正确的，其余三种说法都是正确的，所以选A 、B 、D ．答案 ABD例2 一个以2×108 m/s 的速度运动着的球，半径为a ，试分析静止着的人观察球会是什么样的形状？解析由长度变换公式有l ＝l 01－v 2c2，v 一定，球沿运动方向上的长度减小，球沿运动方向的最大长度为l ＝2a ·1－(v c)2＝2a ·1－(2×1083×108)2＝1.49a ，垂直于球运动方向，球的长度不变为2a .因此静止的人观察球的形状会是长轴为2a 、短轴为1.49a 的椭球体．答案长轴为2a 、短轴为1.49a 的椭球体二、质速关系和质能方程爱因斯坦的质能方程揭示了物质与运动的不可分割的属性，即一定的能量与相应的质量相联系，切不可理解为质量转化为能量．例3 一个静止的电子被电压为106 V 的电场加速后，其质量为多少？速率为多大？解析 E k ＝eU ＝1.6×10－19×106 J ＝1.6×10－13 J ，E k ＝mc 2－m 0c 2所以m ＝E k c 2＋m 0＝1.6×10－13(3×108)2 kg ＋9.1×10－31 kg ≈2.69×10－30 kg. 由m ＝m 01－(v c )2得v ＝c 1－(m 0m)2≈2.82×108 m/s. 答案 2.69×10－30 kg 2.82×108 m/s。

2021-2022高二物理教科版选修3-4学案：第六章相对论章末总结 Word版含解析

学案3 章末总结一、时间和空间的相对性1．与运动的惯性系相对静止的人认为两个大事时间间隔为τ0，地面观看者测得的时间间隔为τ，则两者之间关系为τ＝τ01－⎝⎛⎭⎫u c 2.2．(1)假如与杆相对静止的人认为杆长是l 0，与杆相对运动的人认为杆长是l ，则两者之间的关系为l ＝l 01－u 2c2.(2)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．例1 在试验室中测得以速度0.8c 运动的π介子的平均寿命为4×10－8 s ，与π介子一起运动的观看者认为π介子的平均寿命是多少？解析在相对于π介子运动的试验室中测得π介子的平均寿命为Δt ，则相对于π介子静止的观看者测得π介子的平均寿命为Δt ′＝Δt1－u 2c2＝4×10－8×1－⎝⎛⎭⎫0.8c c 2s ＝2.4×10－8 s答案 2.4×10－8 s例2 某列长为100 m 的火车，若分别以v 1＝30 m /s 和v 2＝2.7×108 m/s 的速度做匀速直线运动，则对地面的观看者来说其长度分别缩短了多少？解析依据公式l ＝l 01－u 2c2知，长度缩短了Δl ＝l 0－l ＝l 0⎝⎛⎭⎫1－1－u 2c 2，代入数据可得Δl 1≈0，Δl 2≈56.4 m. 答案 0 56.4 m 二、相对论速度变换公式设参考系相对地面的运动速度为u ，参考系中的物体以速度v ′沿参考系运动的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度v ＝u ＋v ′1＋u v ′c2.(1)当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的v ′取负值． (2)若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不行用．(3)由公式可知：v 肯定比v ′＋u 小，但当v ′和u 都比c 小得多时，可认为v ＝v ′＋u ，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加．(4)当v ′＝u ＝c 时，v ＝c ，证明白光速是速度的极限，也反证了光速不变原理．例3 设想有一粒子以0.05c 的速率相对试验室参考系运动，此粒子衰变时放射一个电子，电子的速率为0.80c ，电子速度的方向与粒子运动方向相同，试求电子相对试验室参考系的速度．解析取试验室为S 系，运动粒子为S ′系，则S ′系相对S 系的速度u ＝0.05c .题中所给的电子速率是电子相对衰变粒子的速率，故v ′＝0.80c .依据分析，由相对论的速度变换公式可得电子相对S 系的速度为v ＝u ＋v ′1＋u v ′c 2≈0.82c .答案 0.82c三、质速关系和质能关系1．质速关系物体的质量会随物体的速度的增大而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系m ＝m 01－(v c)2.(1)v ≪c 时，(vc)2≈0此时有m ≈m 0，也就是说：低速运动的物体，可认为其质量与物体的运动状态无关．(2)物体的运动速率无限接近光速时，其相对论质量也将无限增大，其惯性也将无限增大，其运动状态的转变也就越难，所以超光速是不行能的．。

福建省漳州市高中物理选修3-4校本作业：第六章 相对论和天体物理B 含答案

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