2024-2025學年高中物理第15章相對論簡介第1節(jié)第2節(jié)相對論的誕生時間和空間的相對性課后練習含解析新人教版選修3-4

PAGE3-相對論的誕生時間和空間的相對性一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．通常我們把地球和相對地面靜止或勻速運動的物體參考系看成是慣性系，若以下列系統為參考系，則屬于慣性系的有(A)A．在地面上勻速前進的汽車B．繞地球做勻速圓周運動的飛船C．在大海上勻加速航行的輪船D．進站時減速行駛的火車解析：BCD各選項中的運動物體都有加速度，屬于非慣性系，A選項中汽車屬于慣性系。2.如圖所示，豎直墻上掛著一面時鐘，地面上的靜止的視察者A視察到鐘的面積為S，另一視察者B以0.8倍光速平行y軸正方向運動，視察到鐘的面積為S′。則S和S′的大小關系是(A)A．S>S′ B．S＝S′C．S<S′ D．無法推斷解析：視察者B以0.8倍光速平行于y軸正方向運動，依據尺縮效應，視察到鐘的面積為S′<S，選項A正確。3．用相對論的觀點推斷，下列說法錯誤的是(A)A．時間和空間都是肯定的，在任何參考系中一個事務發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會變更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精確的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”效果可忽視不計解析：依據相對論的觀點，時間和空間都是相對的，A錯誤；由Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2))可知，運動的時鐘變慢了，但飛船中的鐘相對視察者靜止，時鐘精確，B正確；由l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))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”效果可忽視不計，故D也正確。4．下列關于經典力學的時空觀，正確的是(ABCD)A．經典力學的時空觀中，同時是肯定的，即在一個參考系中的視察者在某一時刻視察到的兩個事務，對另一參考系中的視察者來說也是同時發(fā)生的B．在經典力學的時空觀中，空間間隔是肯定的，即任何事務(或物體的運動)所經驗的時間，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C．在經典力學的時空觀中，時間間隔是肯定的，即假如各個參考系中用來測量長度的標準相同，那么空間兩點距離是肯定的不變的量值，而與參考系選取無關D．經典力學的時空觀就是一個肯定的時空觀，時間與空間、物體的運動無關解析：經典的時空觀認為，時間、空間均是肯定的，與物體的運動狀態(tài)無關。同時也是肯定的，即在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事務，在不同參考系中視察也是同時發(fā)生的，故A、B、C、D均正確。5．推斷下列說法是否正確(CD)A．在以eq\f(1,1000)c豎直方向上升的火箭上向前發(fā)出的光，對地速度肯定比c大B．在以eq\f(1,1000)c豎直方向上升的火箭上向前發(fā)出的光，對地速度肯定比c小C．在以eq\f(1,1000)c豎直方向上升的火箭上沿水平方向發(fā)出的光對地速度為cD．在以eq\f(1,1000)c豎直方向上升的火箭上向任一方向發(fā)出的光對地速度都為c解析：依據狹義相對論的基本假設——光速不變原理可知：真空中的光速相對于火箭的速度為c，相對于地面的速度也為c，即對不同的慣性參考系光速是相同的，因此C、D正確，A、B錯誤。二、非選擇題6．假如一對孿生兄弟A和B，其中B乘坐速度為v＝0.9c的火箭飛往大角星，而后又飛回地球。依據A在地球上的觀測，大角星離地球有40萬光年，這次B來回飛行經驗時間為80.8年。假如B在離開地球時，他們的年齡都為20歲，試問當B回到地球時，他們的年齡各有多大？答案：A：100.8歲B：55.2歲解析：設B在飛船慣性系中經驗的時間為t′，依據鐘慢效應得：t＝eq\f(t′,\r(1－\f(v2,c2)))，即80.8＝eq\f(t′,\r(1－0.92))，解得t′＝35.2年。所以B回到地球時的年齡為20＋35.2＝55.2年。A的年齡為100.8歲。7．一列速度接近光速的火車(靜止時的長度比隧道的長度大)經過隧道時，站在地面上的人還看到兩個閃電同時擊中隧道的兩端，但由于“動尺變短”效應，站在隧道旁邊的人看到火車完全進入了隧道，剛好不會被閃電擊中。但是，站在車上的人看到的卻是隧道變得更短，不行能完全遮住整列火車，那么他看到的閃電會不會擊中火車呢？答案：不會解析：站在隧道旁的人看到兩個閃電是同時發(fā)生的，但