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教科版高中物理必修第二册第五章经典力学的局限性与相对论初步课时作业含答案
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第五章 经典力学的局限性与相对论初步
1 经典力学的成就与局限性
2 相对论时空观简介
3 宇宙的起源和演化
课时作业·巩固提升
1.下列属于广义相对论结论的是( C )
A.尺缩效应
B.时间变慢
C.光线在引力场中弯曲
D.物体运动时的质量比静止时大
解析:尺缩效应:在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短,当速度接近光速时,尺子缩成一个点,是狭义相对论的结论,故A错误;时间变慢:运动的钟比静止的钟走得慢,而且,运动速度越快,钟走得越慢,接近光速时,钟就几乎停止了,是狭义相对论的结论,故B错误;光线在引力场中弯曲是广义相对论的结论,故C正确;物体运动时的质量比静止时大是狭义相对论的结论,故D错误。
2.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是( D )
A.这个人变矮且身材的宽度变大
B.这个人是一个瘦高个子
C.这个人矮但不胖
D.这个人瘦但不高
解析:车上的人相对于路旁的人高速运动,根据长度收缩效应,人在运动方向上将变窄,但在垂直于运动方向上没有发生变化,故选D。
3.下列运动中不能用经典力学规律描述的是( D )
A.子弹的飞行
B.和谐号从深圳向广州飞驰
C.人造卫星绕地球运动
D.粒子接近光速的运动
解析:子弹的飞行、动车的运动及人造卫星绕地球的运动,都属于宏观、低速领域,经典力学能适用。而粒子接近光速的运动,不能适用于经典力学,故选D。
4.物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是( D )
A.卡文迪许发现了万有引力定律
B.牛顿通过实验证实了万有引力定律
C.相对论的创立表明经典力学已不再适用
D.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推广到高速领域
解析:万有引力定律是牛顿发现的,但在实验室里加以验证的是卡文迪许,A、B错误;相对论并没有否定经典力学,经典力学对于低速、宏观物体的运动仍适用,C错误;狭义相对论的建立,是人类取得的重大成就,把物理学推广到高速领域,D正确。
5.如图所示,甲乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的乙,乙的飞行速度为0.5c,甲向乙发出一束光进行联络,则乙观测到该光束的传播速度为( D )
A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.c
解析:根据爱因斯坦相对论,在任何惯性系中,光速不变,即光速不随光源和观察者所在惯性系的相对运动而改变,所以乙观测到该光束的传播速度为c,故A、B、C错误,D正确。
6.如图所示,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( C )
A.A时钟走得最慢,B时钟走得最快
B.A时钟走得最慢,C时钟走得最快
C.C时钟走得最慢,A时钟走得最快
D.B时钟走得最慢,A时钟走得最快
解析:A、B、C在同一转盘上,它们的角速度相同,由v=ωr可知r越大,线速度v越大。由Δt=可知,v越大,Δt越大,也就是说钟走得越慢。从题图中可以看出,A时钟的线速度最小,C时钟的线速度最大,故A时钟走得最快,C时钟走得最慢,故C正确。
7.假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺,同时地面上的乙看甲的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( B )
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
解析:在乙参考系中,甲手中的尺做沿尺方向以接近光速的v运动,在甲参考系中,乙手中的尺做沿尺方向以接近光速的v运动,根据长度收缩效应甲乙两人都发现对方手中的尺比自己手中的尺长度小,故B正确,A、C、D错误。
8.(多选)在广义相对论中,下列说法正确的是( BCD )
A.在任何参考系中,物理规律不一定相同
B.物质的引力使光线弯曲
C.引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别,如引力红移
D.引力场的存在使得所观测的天体位置与实际位置不同
解析:在任何参考系中,物理规律都是相同的,故A错误;物质的引力使光线弯曲是广义相对论的结论,故B正确;引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别,如引力红移,所观测的天体位置与实际位置不同,故C、D正确。
9.有两个惯性参考系1和2,彼此相对做匀速直线运动,下列叙述正确的是( D )
A.在参考系1看来,2中的所有物理过程都变快了;在参考系2看来,1中的所有物理过程都变慢了
B.在参考系1看来,2中的所有物理过程都变快了;在参考系2看来,1中的所有物理过程也变快了
C.在参考系1看来,2中的所有物理过程都变慢了;在参考系2看来,1中的所有物理过程都变快了
D.在参考系1看来,2中的所有物理过程都变慢了;在参考系2看来,1中的所有物理过程也变慢了
解析:设v为相对运动速度,Δt为观察系中经历的时间,Δτ为被观察的参考系中所经历的时间,也即固有时间。则根据时间延缓效应公式Δt=>Δτ可知,在相对某参考系运动的参考系看来,原参考系中的时间变长了,物理过程就变慢了,故选D。
10.一枚静止时长30 m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过,则火箭上的人测得火箭的长度为多少?观察者测得火箭的长度为
多少?
解析:一枚静止时长30 m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过,根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30 m。
根据长度收缩效应L=L0得观察者测得火箭的长度为L=24 m。
答案:30 m 24 m
11.如图所示,在地面上M点固定一光源,在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器,现使光源发出一闪光,问:
(1)在地面参考系中观测,哪个先接收到光信号?
(2)在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测,哪个先接收到光
信号?
解析:(1)因光源离A、B两点等距,光向A、B两点传播速度相等,则光到达A、B两点所需要的时间相等。即在地面参考系中观测,两接收器同时接收到光信号。
(2)对于火车参考系来说,光源和A、B两接收器都沿BA方向运动,当光源发出的光向A、B传播时,A和B都沿着BA方向运动了一段距离到达A′和B′,如图所示,所以光到达A′的距离更长,到达B′的距离更短,即在火车参考系中观测,B比A先接收到光信号。
答案:(1)同时接收到光信号
(2)B先接收到光信号