高中物理第十五章1相对论的诞生2时间和空间的相对性课后集训[新人教版]

1 相对论的诞生
2 时间和空间的相对性
基础达标
1.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·汤姆孙曾自信地宣称：“科学的大厦已经基本完成”，但也承认，“明朗的天空还有中两朵小小的、令人不安的乌云”。

他指的科学大厦是________,两朵乌云是________。

答案：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；一是黑体辐射，一是光的速度。

2.伽利略相对性原理是________________。

答案：力学规律在任何惯性系中都是相同的。

3.电磁波在真空中的传播速度是________。

答案：C
4.狭义相对论的两个基本假设是___________________，________________。

答案：狭义相对性原理，光速不变原理
5.什么是经典力学？
答案：经典力学是研究宏观物体做低速运动的现象和规律的学科。

宏观是相对于原子等微观粒子而言，低速是相对于光速而言的。

6.如图15-1-2所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为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为看到小球的速度分别是多少？
图15-1-2
解析：对车上的观察者：
物体的初速v 0=0，加速度a=m
F =1 m/s 2, 10 s 时速度v 1=at=10 m/s 。

对地上的观察者：
方法一：物体初速度v 0=20 m/s
加速度相同a=m
F =1 m/s 2。

10 s 末速度v 2=v 0+at=30 m/s 。

方法二：根据速度合成法则
v 2=v 1+v 0=(10+20) m/s=30 m/s 。

答案：10 m/s 30 m/s
7.在一个惯性系中观测，两个事件同地不同时，则在其他惯性系中观测，结果它们( )
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
答案：B
8.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
解析：由公式：20)(1c v L L -= 得v=0.8 c 。

答案：C
9.数学上的“事件”指的是什么？
答案：一个事件就表示为空间和时间的一组坐标(x,y,z,t)。

10.一列很长的火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。

在厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是几个事件？车上的观察者和地面上静止的观察者看法是否一样？
答案：两个车上的观察者认为这两个事件是同时发生的，而地面上观察者认为是不同时的。

11.日常生活中，我们观察到长度的相对性了吗？
解析：由于物体速度v<<C ，则1-2)(c
v
≈1，L′=L。

答案：观察不到。

12.长度的变短是绝对的，还是相对的？
解析：如果两条平行的杆在沿自己的长度方向做相对运动，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：长度的变短是相对的。

综合应用
13.人马星座a 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a 星之间。

若宇宙飞船的速度为0.999c ，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多少时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？
解析：以地球上的时钟计算：
s v s t 8
16
103999.0103.42⨯⨯⨯⨯==∆=2.87×108 s=9年； 若以飞船上的时钟计算：因为
Δt=Δt′/2)(1c v -,
所以得
Δt′=Δt 2)(1c v
-=2.87×108×s 2
999.01-=1.28×107 s=0.4年 答案：Δt=9年，Δt′=0.4年
14.长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了。

一艘宇宙飞船的船身长度为L 0=90 m ，相对地面以u=0.8c 的速度在一观测站的上空飞过。

(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？
(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？
解析：(1)观测站测得船身的长度为
222
08.01901-=-=c
u L L m=54 m, 通过观测站的时间间隔为
Δt=c
u L 8.054==2.25×10-7 s 。

(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt=
c u L 8.0900==3.75×10-7 s 。

答案：(1)2.25×10-7 s,(2)3.75×10-7 s
15.一飞船以u=9×103 m/s 的速率相对于地面飞行，飞船上的钟走了5 s ，用地面上的钟测
量经过了多长时间？
解：此问题就是在不同参考系中测量时间的问题。

u=9×103 m/s,Δt′=5 s。

Δt=221c u
t -'
∆≈5.000 000 002 s。

答案：经过了5.000 000 002 s。