高中物理-第十五章-相對論簡介-綜合測試(含解析)新人教版選修3-4-新人教版高中選修3-4物理試題

wordword/word第十五章《相對論簡介》綜合測試時間：90分鐘總分為：100分一、選擇題(1～7為單項選擇，8～12為多項選擇，每一小題4分，共48分)1．一艘大船在平靜的大洋中勻速行駛，一個人在其密閉的船艙內(nèi)向各個不同的方位做立定跳遠實驗，并想由此來判斷船航行的方向，假定他每次做的功一樣，如下說法正確的答案是(C)A．如果向東跳得最遠，如此船向東行駛B．如果向東跳得最近，如此船向東行駛C．他向各個方向跳的最大距離一樣，不能由此判斷船航行的方向D．他向各個方向跳的最大距離不同，但不能由此判斷船航行的方向2．如果你以接近于光速的速度朝一星體勻速飛行，你可以覺察下述哪些變化(D)A．你的質(zhì)量在增加B．你的心臟跳動在慢下來C．你在變小D．你永遠不能由自身的變化知道你的速度3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀的如下說法中不正確的答案是(A)A．時間和空間是相互聯(lián)系和影響的B．同時發(fā)生的事件對任何參考系都是同時的C．在任何參考系中測量的時間間隔和空間距離都是一樣的D．物體的質(zhì)量是恒定不變的解析：經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀認為時間和空間都是不變的．4．愛因斯坦相對論的提出是物理學(xué)思想的重大革命，因為它(A)A．揭示了時間、空間并非絕對不變的屬性B．借鑒了法國科學(xué)家拉瓦錫的學(xué)說C．否認了牛頓力學(xué)原理D．修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論5．宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這一路程縮短為3光年，如此他所乘火箭相對地球的速度為(C)A．0.5c B．0.6cC．0.8c D．0.9c解析：由l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)，代入數(shù)值可求得v＝0.8c.6．1905年，愛因斯坦創(chuàng)立了“相對論〞，提出了著名的質(zhì)能方程，下面涉與對質(zhì)能方程理解的幾種說法中正確的答案是(A)A．假設(shè)物體能量增大，如此它的質(zhì)量增大B．假設(shè)物體能量增大，如此它的質(zhì)量減少C．假設(shè)核反響過程質(zhì)量減小，如此需吸收能量D．假設(shè)核反響過程質(zhì)量增大，如此會放出能量解析：由E＝mc2可知，假設(shè)E增大，如此m增大；假設(shè)E減小，如此m減小，A正確，B錯誤；假設(shè)m減小如此E減小，釋放能量，假設(shè)m增大如此E增大，吸收能量，C、D均錯誤．7．如下列圖，假設(shè)一輛由超強力電池供電的摩托車和一輛普通有軌電車，都被加速到接近光速；在我們的靜止參考系中進展測量，哪輛車的質(zhì)量將增大(B)A．摩托車 B．有軌電車C．兩者都增加 D．都不增加解析：在相對論中普遍存在一種誤解，即認為運動物體的質(zhì)量總是隨速度增加而增大；當(dāng)速度接近光速時，質(zhì)量要趨于無窮大．其實物體質(zhì)量增大只是發(fā)生在給它不斷地輸入能量的時候，而不一定是增加速度的時候．對有軌電車，能量通過導(dǎo)線從發(fā)電廠源源不斷地輸入；而摩托車的能源卻是它自己帶的．能量不斷從外界輸入有軌電車，但沒有能量從外界輸給摩托車．能量對應(yīng)于質(zhì)量，所以有軌電車的質(zhì)量將隨速度增加而增大，而摩托車的質(zhì)量不會隨速度增加而增大．有趣的是，如果沒有能量散失，有軌電車所增加的質(zhì)量恰好和發(fā)電廠損失的質(zhì)量相等；而摩托車和駕駛員所增加的質(zhì)量將被電池失去的質(zhì)量所抵消，所以總質(zhì)量不變．8．關(guān)于質(zhì)量和長度如下說法中正確的答案是(BD)A．物體的質(zhì)量與運動狀態(tài)無任何關(guān)系，是物體本身的屬性B．物體的質(zhì)量與運動狀態(tài)有關(guān)，只是在速度較低的情況下，忽略變化不計C．物體的長度與運動狀態(tài)無關(guān)，是物體本身的屬性D．物體的長度與運動狀態(tài)有關(guān)，只是在速度較低的情況下，忽略變化不計解析：由狹義相對論可知，物體的質(zhì)量和長度都隨其運動狀態(tài)而變化，當(dāng)物體的速度接近光速時，這種相對論效應(yīng)比擬顯著，速度較低時，變化可忽略不計，時間和空間均與物體的運動狀態(tài)相聯(lián)系．9．如下對于經(jīng)典力學(xué)的局限性的說法中正確的答案是(AB)A．經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運動速率的限制B．牛頓運動定律不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象C．量子力學(xué)的建立是對經(jīng)典力學(xué)的否認D．現(xiàn)代物理學(xué)的開展使經(jīng)典力學(xué)失去了存在的價值解析：量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的適用范圍不同，并不能相互否認，C錯；對低速宏觀物體的運動，用經(jīng)典力學(xué)處理更方便實用，D錯．10．接近光速飛行的飛船和地球上各有一只一樣的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，如下說法正確的有(AC)A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢C．地球上的人觀測到地球上的鐘較快D．地球上的人觀測到地球上的鐘較慢解析：相對論告訴我們，運動的鐘會變慢，由于飛船上的人觀測飛船上的鐘是靜止的，觀測到地球上的鐘是運動的，因此飛船上的人觀測到飛船上的鐘相對于地球上的鐘快，A項正確，B項錯誤；同樣，地球上的人觀測到飛船上的鐘是運動的，地球上的鐘是靜止的，因此地球上的人觀測到地球上的鐘比飛船上的鐘快，C項正確，D項錯誤．11．你站在一條長木桿的中央附近，并且看到木桿落在地上時是兩頭同時著地．所以，你認為這木桿是平著落到了地上．而此時飛飛同學(xué)正以接近光速的速度從木桿前面向右掠過，她看到B端比A端先落地(A端在左，B端在右)，因而她認為木桿是向右傾斜著落地．她的看法是(AC)A．對的B．錯的C．她應(yīng)感覺到木桿在朝她運動D．她應(yīng)感覺到木桿在遠離她運動解析：當(dāng)飛飛同學(xué)掠過木桿時，在她看來，木桿不僅在下落，而且還在朝她運動，因此，在你看來，同時發(fā)生的兩件事，在飛飛同學(xué)看來，首先在B端發(fā)生．12．如下說法中正確的答案是(BC)A．如果木星上有一件事情發(fā)生，地球上的人可能同時看到B．地球上的人看到的是木星上很久以前發(fā)生的事C．對地面上的觀察者來說，快速行駛的列車上，車頭和車尾上的人不能同時看到車中間發(fā)生的事D．對地面上的觀察者來說，快速行駛的列車上，車頭和車尾上的人能同時看到車中間發(fā)生的事二、計算題(共52分)13．(8分)A、B、C是三個完全一樣的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB<vC.地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？答案：C鐘走得最慢，A鐘走得最快解析：地面上的觀察者認為C鐘走得最慢，因為它相對于觀察者的速度最大．根據(jù)公式Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v,c)2))可知，相對于觀察者的速度v越大，其上的進程越慢．地面上的鐘v＝0，它所記錄的兩事件的時間間隔最大，即地面上的鐘走得最快．14．(8分)π－介子是一種不穩(wěn)定的粒子，從它產(chǎn)生到它衰變?yōu)棣蹋樽咏?jīng)歷的時間即為它的壽命，已測得靜止π－介子的平均壽命t0＝2×10－8s．某加速器產(chǎn)生的π－介子以速率v＝0.98c相對實驗室運動．求：π－介子衰變前在實驗室中通過的平均距離．答案：29.5m解析：t0和v，根據(jù)時間延緩效應(yīng)公式，就可計算介子在實驗室測得的平均壽命，進而便可求得它的運動距離．解答如下：對實驗室中的觀察者來說，運動的π－介子的壽命t＝eq\f(t0,\r(1－\f(v,c)2))＝1.005×10－7s，因此，π－介子衰變前在實驗室中通過的距離為d＝vt＝0.98c×1.005×10－7m＝29.5m.15．(8分)原長為15m的飛船以v＝9×103m/s的速率相對地面勻速飛行時，從地面上測量，它的長度是多少？假設(shè)飛船的速率v＝0.95c，從地面上測量，它的長度又是多少？答案：14.999999998m4.68m解析：對于該題的解答關(guān)鍵是要明確長度的收縮效應(yīng)公式，明確其中各量的物理意義，并能熟練運用．由L＝L0eq\r(1－\f(v2,c2))可得，L＝L0eq\r(1－\f(v2,c2))＝14.999999998m，差異很難看出；而當(dāng)速度變?yōu)?.95c時有，L＝L0eq\r(1－\f(v2,c2))≈4.68m，可見在高速情況下長度收縮十清楚顯．16．(8分)靜止長度為2m的物體，以0.8c的速度沿長度方向相對某觀察者勻速運動時，此觀察者測量該物體的長度為多少？假設(shè)該物體靜止時的質(zhì)量為m0，那么此時它的質(zhì)量為多少？答案：1.2meq\f(5,3)m0解析：由長度的相對性公式l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2)得觀察者測量的長度為l＝0.6l0＝1.2m由相對論質(zhì)量公式m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2)).得物體運動時的質(zhì)量為m＝eq\f(5,3)m0.17．(10分)2008年諾貝爾物理學(xué)獎項的一半由日本高能加速器研究機構(gòu)(KEK)的小林誠和京都大學(xué)的益川敏英分享，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了對稱性破缺的起源，并由此預(yù)言了自然界中至少三個夸克家族的存在．在歷史上雖然一些實驗現(xiàn)象“證實〞夸克的存在，然而單個的夸克(或?qū)幼?至今未找到，人們始終不識廬山真面目．對此，粒子學(xué)家們的解釋是：因為夸克(層子)是極不穩(wěn)定的、壽命極短的粒子，它只能在束縛態(tài)內(nèi)穩(wěn)定存在，而不能單個存在．如果某個夸克是一種不穩(wěn)定的粒子，已測得該靜止夸克的平均壽命t0＝6×10－9s．某加速器產(chǎn)生的該夸克以速率v＝0.8c相對實驗室運動．請問，你能求出該夸克衰變前在實驗室中通過的平均距離嗎？答案：2.4m解析：對實驗室中的觀察者來說，根據(jù)時間延緩效應(yīng)公式，運動的夸克的壽命t＝eq\f(t0,\r(1－\f(v,c)2))＝1×10－8s，因此，該夸克衰變前在實驗室中通過的距離為d＝vt＝0.8c×1×10－8m＝2.4m.18．(10分)2008年9月10日，據(jù)國外媒體報道，歐洲大型強子對撞機周三完成了首次大型測試，強子對撞機(LHC)進展了第一次主要測試并成功實現(xiàn)了第一束質(zhì)子束流貫穿整個對撞機．LHC將把質(zhì)子加速到具有巨大的能量并進展對撞“粉碎〞，從而模擬大爆炸后不足十億分之一秒的情況．在強子對撞機的加速器里面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播．這兩束粒子流分別通過不同光束管，向相反方向傳播，這兩