高中物理 6.3相对论时空观同步练习(含解析)新人教版选修3-4

第3节相对论时空观

1．狭义相对论的时空观认为同时是相对的，在相隔一定距离发生的两件事，在一个参考系观测是________发生的，在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能________________________，而是一先一后发生．

2．时间间隔的相对性：设与事件发生者相对静止的观测者测出两事件发生的时间间隔τ0，与事件发生者相对运动的观测者测得两事件发生的时间间隔τ，则τ＝______________，速度u是运动的观测者的速度．

3．长度的相对性：如果与杆相对静止的人认为杆长为l0，以速度u与杆相对运动的人认为杆长为l，则________________________________________．

4．相对论认为空间和时间的量度都与物质的________有关，是________的．运动棒的长度的测量建立在必须________进行观测的基础上，说明空间和时间的量度又是紧密联系的．

5．下列关于经典力学的时空观，正确的是( )

A．经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的

B．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关

C．在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离是绝对的不变的量值，而与参考系选取无关

D．经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动无关．

6．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

概念规律练

知识点一“同时”的相对性

1．地面上A、B两个事件同时发生．如图1所示，对于坐在火箭上沿两个事件发生地点AB连线飞行的人来说，哪个事件先发生？

图1

2．沿铁道排列的两电线杆正中央安装一闪光装置，光信号到达一电线杆称为事件1，到达另一电线杆称为事件2.从地面上的观察者和运动车厢中的观察者看来，两事件是否是同时事件？

知识点二时间延缓

3．π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s(在自己的参考系中测得)．

(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？

(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？

4．如图2所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以不同的速度向同一个方向飞行，B的速度小于C的速度，地面上的观察者认为哪个时钟走的最慢？哪个走的最快？

图2

知识点三长度缩短

5．地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？

6．如果两条平行的等长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会对两杆的长短作出什么判断？

方法技巧练

时间、空间相对性的应用技巧

7．用相对论的观点判断，下列说法不正确的是( )

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10 km/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10 km/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，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计

8．人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m．设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座α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？

1．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象是( )

2．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．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大

B．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小

C．乙看到甲手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大

D．乙看到甲手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同

3．如图3，假设一根10 m长的梭镖以光速穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的．以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是( )

图3

A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它

B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来

C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖

D．所有这些都与观察者的运动情况有关

4．如图4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( )

图4

A．A时钟走时最慢，B时钟走时最快

B．A时钟走时最慢，C时钟走时最快

C．C时钟走时最慢，A时钟走时最快

D．B时钟走时最慢，A时钟走时最快

5．如图5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