第5章+科学进步无止境++章末检测（课件+练习）-高中物理同步备课系列（鲁科版2019必修第二册）

第5章 科学进步无止境   章末检测

（考试时间：75分钟  试卷满分：100分  命题范围：第5章 科学进步无止境）

第Ⅰ卷（选择题 共43分）

一．单选题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）                                                            

1.惯性系S中有一边长为l的正方形(如下图所示)，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像是(　　)

A．                 B．                  C．                     D．

【答案】C

【解析】由l＝l0可知沿速度方向即x轴方向的长度变短了，而垂直于速度方向，即y轴上的边长不变，故C正确．

2.美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在．引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性．关于经典力学，下列说法正确的是(　　)

A． 经典力学完全适用于宏观低速运动

B． 经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的

C． 随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论

D． 由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值

【答案】A

【解析】经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，不会过时也不会失去价值，故C、D错误．

3.对于时空观的认识，下列说法正确的是(　　)

A． 相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律

B． 相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例

C． 相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用

D． 经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用

【答案】B

【解析】相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．选项A、C、D错误，B正确．

4.如图所示，按照相对论的观点，火箭A是迎着光行驶的，火箭B是“追赶”光的，若两火箭相对于地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为(　　)

A．c＋v　c－v

B．c－v　c＋v

C．c　c

D． 无法确定

【答案】C

【解析】根据光速不变原理，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，因此在火箭A、B两个惯性参考系中，观察者测量到的光速一样大，均为c，故C正确

5. A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA>vB，在火箭A上的人观察到的结果正确的是(　　)

A． 火箭A上的时钟走得最快

B． 地面上的时钟走得最快

C． 火箭B上的时钟走得最快

D． 火箭B上的时钟走得最慢

【答案】A

【解析】在火箭A看来，地面和火箭B都高速远离自己，由τ＝知，在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B的时钟都变慢了，且vA>vB，故地面的时钟最慢，因此A正确，B、C、D错误．

6.一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是(　　)

A． 飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

B． 地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

C． 飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c

D． 地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c

【答案】B

【解析】由l＝l0知A错误，B正确；由相对论时空观的基本假设知光信号的速度都等于c，C、D错误．

7.如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为光速)的飞船在太空中同向运动．则下列说法中正确的是(　　)

A． 乙观察到甲身高变高

B． 甲观察到乙身高变低

C． 若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快

D． 若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c

【答案】D

【解析】因为人是垂直速度方向站立的，身高方向上没有长度收缩效应，即甲、乙观察到对主的身高不变，故A、B错误；根据相对论的时间延缓效应，可知乙观察到甲动作变慢，故C错误；根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为c，故D正确．

二．多选题（本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）

8.对于公式，下列说法中正确的是(           )

A.公式中的是物体以速度v运动时的质量

B.当物体运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不适用

C.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动

D.通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化

【答案】CD

【解析】公式中的是物体的静止质量，在v远小于光速时，经典力学依然成立，故A，B错，C，D对．

9.A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过,且,对于在飞机上的人观察的结果,下列说法正确的是(          )

A.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大
B.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小
C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同
D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同

【答案】BD

【解析】由 (其中是足球场长轴的长度),可以看出,速度越大,长度越短,选项B正确,AC错误;足球场的短轴与飞机速度方向垂直,所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同,D正确。

10.随着科学技术的发展,人类遨游太空终究会实现。如果某飞船在以0.5c的速度靠近某一星球飞行时,发出一光信号提示该星球上的人。假设所有的星球均相对静止,c为光在真空中的速度。则下列说法正确的是(         ) 

A.该星球上的人看到的光信号的速度为1.5c
B.该星球上的人看到的光信号的速度为c
C.地球上的人看到的光信号的速度为c
D.飞船正后方的某星球上的人看到的光信号的速度为0.5c

【答案】BC

【解析】根据狭义相对论的假设,真空中的光速相对于不同的惯性参考系是相同的,即在任何地方的人看到的光速都是,BC正确。

第Ⅱ卷  （非选择题  共57分）

三、非选择题（共57分，解答题应写出必要的文字说明、方程式或重要演算步骤，只写出最后答案的不得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）                                                                

11.（6分）如图甲所示，竖直墙上挂一面时钟，地面上的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8c(c为光速)的速度平行于y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′，则S________S′(填“大于”“等于”或“小于”)．时钟与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率也是不同的，它们之间的关系如图所示，A观察者观察到钟的周期是2.0 s，则B观察到时钟的周期约为________ s.

【答案】大于　3.3

【解析】由题意可知，A相对于地面静止，B以0.8c的速度平行于y轴运动，故在z轴方向上时钟的直径长度不变，y轴方向上缩短，其面积缩小．由对应的频率—速度图像可知，当B以0.8c的速度运动时，对应的频率大约为0.3 Hz，故周期约为3.3 s.

12.（9分）（1）如图所示,一列火车以速度v相对地面运动,如果地面上的人测得:地面上一只光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,则火车上的人测得此闪光先到达__________(填“前壁”或“后壁”),这两束闪光的传播速度__________(填“相等”或“不相等”)。

（2）“世界物理年”决议的做出与爱因斯坦的相对论时空观有关.根据爱因斯坦的理论,一把米尺,在它与观察者有不同相对速度的情况下,米尺长度是不同的,它们之间的关系见图.由此可知,当米尺和观察者的相对速度达到0. 8(为光速)时,米尺长度大约是__________.在日常长度大约是__________.在日常生活中,我们无法察觉到米尺长度变化的现象,是因为观察者相对于米尺的运动速度__________.

【答案】（1）前壁; 相等

（2）0.6; 1; 远远小于光速或速度很小

【解析】（1）由于地面上人测得闪光同时到达前后两壁,而在光向前后两壁传播的过程中,火车要相对于地面向前运动一段距离,所以光源发光的位置一定离前壁较近,这个事实对于车上、车下的人都是一样的,在车上的人看来,既然发光点离前壁较近,各个方向的光速又都是一样的,当然闪光先到达前壁;由光速不变原理可知光速相等。

（2）根据图中信息知时,米尺长度为0. 6 ,时,米尺长度为1.0 .根据相对论知,观察者相对于米尺的运动速度远远小于光速或速度很小时,米尺长度变化很小.                                                                  

13.（12分）一支静止时长为L的火箭以v的速度从观察者的身边飞过．

(1)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？

(2)观察者测得火箭的长度应为多少？

(3)如果火箭的速度为光速的，观察者测得火箭的长度应为多少？

【答案】(1)L　(2)L　(3)L

【解析】(1)火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度相同，即为L.

(2)地面上观察者看火箭时，有相对速度v，测量长度将变短，由相对论长度收缩效应公式知L′＝L，其中c为真空中的光速．

(3)将v＝代入长度收缩效应公式得L′＝l.

14.（12分）设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以的速率向东飞行，5.0 s后该飞船将与一个以的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：

（1）飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？

（2）从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞？

【答案】（1）（2）4.0 s

【解析】取地球为S系，飞船为系，向东为x轴正方向，则系相对S系的速率，彗星相对S系的速率。

（1）由速度变换可得所求结果，即彗星以的速率向飞船靠近。

（2）由时间间隔的相对性有
解得。

15.（18分）一支静止时30 m的火箭以3  km/s的速度从观察者的身边飞过。

(1)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？

(2)观察者测得火箭的长度应为多少？

(3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？

(4)火箭内完好的手表走过了1  min，地面上的人认为经过了多少时间？

【答案】(1)30 m　(2)约30  m　(3)约26  m　(4)约1  min

【解析】(1)火箭上的人相对火箭永远是静止的，无论火箭速度是多少，火箭上的人测得火箭长与静止时测得的火箭的长均是l＝30  m。

(2)而火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度v，则它的测量值要缩短，即l′＜l，由l′＝l，当v＝3×103m/s时，l′＝30×m≈30  m。

(3)当v＝时，l′≈26  m。

(4)火箭上时间Δt′＝1  min，火箭的速度v＝3  km/s，所以地面上观测到的时间

Δt＝＝min≈1  min。