高中物理滬科版4第五章新時空觀的確立 章末綜合測評第5章

章末綜合測評(五)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分)1.在狹義相對論中，下列說法正確的是()A.所有慣性系中基本規(guī)律都是等價的B.在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關(guān)C.在不同慣性系中，光在真空中沿不同方向傳播速度不相同D.質(zhì)量、長度、時間的測量結(jié)果不隨物體與觀察者的相對狀態(tài)的改變而改變E.時間與物體的運動狀態(tài)有關(guān)【解析】根據(jù)相對論的觀點：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相同的；且在一切慣性系中，光在真空中的傳播速度都相等；質(zhì)量、長度、時間的測量結(jié)果會隨物體與觀察者的相對狀態(tài)的改變而改變.故正確選項為A、B.在狹義相對論中，時間與物體的運動狀態(tài)有關(guān)，E正確.【答案】ABE2.關(guān)于廣義相對論，下列說法中正確的是()A.萬有引力可以用廣義相對論作出正確的解釋B.慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，它們遵從相同的規(guī)律C.廣義相對論是慣性參考系之間的理論D.萬有引力理論無法納入廣義相對論的框架E.太陽的引力場會使周圍空間發(fā)生彎曲【解析】萬有引力可以納入廣義相對論的框架，可以用廣義相對論作出正確的解釋，A對、D錯；慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，遵從相同的規(guī)律，B對；廣義相對論是非慣性參考系之間的理論，C錯.太陽的引力場會使周圍空間發(fā)生彎曲，E對.【答案】ABE3.下列說法中正確的是()A.在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義相對性原理B.在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓運動定律僅適用于慣性參考系C.一個均勻的引力場與一個做勻速運動的參考系等價，這就是著名的等效原理D.一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價，這就是著名的等效原理E.物體的運動速度不能無限增加【解析】由廣義相對性原理和等效原理的內(nèi)容知A、D正確.由狹義相對論結(jié)論知E正確.【答案】ADE4.以下說法中正確的是()A.矮星表面的引力很強B.時鐘在引力場弱的地方比在引力場強的地方走得快些C.在引力場越強的地方，物體長度越長D.在引力場強的地方，光譜線向綠端偏移E.引力場越強，時鐘變慢的效應越明顯【解析】因矮星體積很小，質(zhì)量卻不小，所以矮星表面引力很強，故A正確；根據(jù)廣義相對論的結(jié)論可知，引力場越強，時間進程越慢，物體長度越短，故B正確，C錯誤；在引力場強的地方，光譜線向紅端偏移，稱為“引力紅移”，故D錯誤.引力場越強，時鐘變慢的效應越明顯，E正確.【答案】ABE5.下列關(guān)于經(jīng)典力學的時空觀說法正確的是()A.經(jīng)典力學的時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的B.在經(jīng)典力學的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任何事件(或物體的運動)所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān)C.在經(jīng)典力學的時空觀中，空間間隔是相對的，即如果各個參考系中用來測量長度的標準相同，那么空間兩點距離與參考系選取有關(guān)D.經(jīng)典力學的時空觀就是一個絕對的時空觀，時間與空間、物體的運動無關(guān)E.絕對時空觀認為，參考系不同，某事件經(jīng)歷的時間也會不同【解析】經(jīng)典力學的時空觀認為，時間、空間均是絕對的，與物體的運動狀態(tài)無關(guān).同時也是絕對的，即在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，對不同參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的，故A、B、D均正確，C、E錯誤.【答案】ABD6.用相對論的觀點判斷，下列說法正確的是()【導學號：38910066】A.時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變B.在地面上的人看來，以10km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的C.在地面上的人看來，以10km/s的速度運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些D.當物體運動的速度v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計E.狹義相對論的創(chuàng)立表明經(jīng)典力學在任何情況下都不再適用【解析】按照相對論的觀點，時間和空間都是相對的，A錯誤；由Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v,c)2))可知，運動的時鐘變慢了，但飛船中的鐘相對飛船中的觀察者靜止，時鐘準確，B正確；由l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2)可知，地面上的人看飛船和飛船上的人看地面上的人都沿運動方向長度減小，C正確；當v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計，故D也正確.在宏觀、低速情況下，經(jīng)典力學仍適用，E錯誤.【答案】BCD7.在地面附近有一高速飛行的火箭，關(guān)于地面上的人和火箭中的人觀察到的現(xiàn)象中正確的是()A.地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時間進程變快了B.地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時間進程變慢了C.火箭上的人觀察到火箭的長度和時間進程均無變化D.火箭上的人看地面物體長度變短，時間進程變慢了【解析】由表達式Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v,c)2))，可知Δt＞Δt′，一個相對我們做高速運動的慣性系中發(fā)生的物理過程，在我們看來，它所經(jīng)歷的時間比在這個慣性系中直接觀察到的時間長，慣性系速度越大，我們觀察到的物理過程所經(jīng)歷的時間越長，故B、C、D正確.【答案】BCD、B兩架飛機沿地面上一足球場的長軸方向在其上空高速飛過，且vA＞vB，對于在飛機上的人觀察結(jié)果，下列說法正確的是()飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的大飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的小C.兩飛機上的人觀察到足球場的長度相同D.兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同飛機上的人觀察B飛機的長度和時間進程均有微小變化【解析】由l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)(其中l(wèi)0是相對足球場靜止時的長度)，可以看出，速度越大，“動尺變短”的效應越明顯，選項B正確；但是足球場的短軸與飛機速度方向垂直，所以兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同.因A、B兩飛機有相對運動，所以E正確.【答案】BDE二、非選擇題(本題共4小題，共52分)9.(10分)(1)假設宇宙飛船是全封閉的，宇航員和外界沒有任何聯(lián)系，宇航員如何判斷使物體以某一加速度下落的力到底是引力還是慣性力？(2)在一個加速運動的參考系中觀察，光束會彎曲嗎？引力對光束的效應告訴我們什么？【解析】(1)宇宙飛船中的物體受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某個星體的引力，也可能是由于宇宙飛船正在加速飛行.兩種情況的效果是等價的，所以宇航員無法判斷使物體以某一加速度下落的力是引力還是慣性力，即一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系是等價的.(2)在一個加速運動的參考系中觀察，光束會彎曲，因為加速運動的參考系中出現(xiàn)的慣性力等效于引力，使得光線發(fā)生彎曲.引力對光束的效應說明，引力的存在使空間變形.【答案】見解析10.(12分)一艘宇宙飛船的船身長度為L0＝90m，相對地面以u＝的速度在一觀測站的上空飛過.(1)觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少？(2)航天員測得飛船自身通過觀測站的時間間隔是多少？【導學號：38910067】【解析】(1)觀測站測得船身的長度為L＝L0eq\r(1－\f(u2,c2))＝90eq\r(1－m＝54m，通過觀測站的時間間隔為Δt＝eq\f(L,u)＝eq\f(54m,＝×10－7s.(2)航天員測得飛船船身通過觀測站的時間間隔為Δt′＝eq\f(L0,u)＝eq\f(90m,＝×10－7s.【答案】(1)×10－7s(2)×10－7s11.(14分)帶正電的π介子是一種不穩(wěn)定的粒子，當它靜止時，平均壽命為×10－8s，然后就衰變?yōu)橐粋€μ子和一個中微子.今有一束π介子，在實驗室中測得它的速率為u＝，并測出它從產(chǎn)生到衰變通過的平均距離為52m.(1)問這些測量結(jié)果是否一致？(2)計算相對于π介子靜止的參考系中π介子的平均壽命是多少？【解析】(1)根據(jù)時間間隔的相對性，當π介子以u＝的速率相對實驗室運動時，在實驗室中測得的平均壽命應為Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(u,c)2))＝eq\f×10－8,\r(1－2))s≈×10－7s.在實驗室中測得π介子通過的平均距離約為d＝uΔt＝××108××10－7m≈53m，考慮到實驗誤差，這一計算結(jié)果與測量結(jié)果一致.(2)在相對π介子靜止的參考系中觀察，實驗室的運動速率為u＝，而在實驗室中測得π介子通過的距離為l0＝52m，則在相對π介子靜止的參考系中測得實驗室通過的距離為l＝l0eq\r(1－\f(u,c)2)＝52×eq\r(1－m＝m.實驗室通過l所用的時間就是π介子從產(chǎn)生到衰變的時間，即π介子的平均壽命為Δt＝eq\f(l,u)＝eq\f,××108)s＝×10－8s.【答案】(1)一致(2)×10－8s12.(16分)宇宙射線中有一種叫做μ子的粒子，在與μ子相對靜止的慣性參考系中觀測到，它平均經(jīng)過2×10－6s(其固有壽命)就衰變?yōu)殡娮雍椭形⒆?但是，這種μ子在大氣中運動的速度非常大，可以達到v＝×108m/s＝.請分析μ子在大氣中可以運動多遠的距離？【解析】已知Δt′＝2×10－6s，v＝×108