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1、第十五章 相对论简介(时间：50分钟满分：100分)一、选择题(每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确)1根据气体吸收谱线的红移现象推算，有的类星体远离我们的速度竟达光速c的80%，即每秒24万千米。下列结论正确的是()A在类星体上测得它发出的光的速度是(180%)cB在地球上接收到它发出的光的速度是(180%)cC在类星体上测得它发出的光的速度是cD在地球上测得它发出的光的速度是c2下列说法正确的是()A在经典力学中，物体的质量是不随物体运动状态而改变的B以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性，它只适用于低速运动，不适用于高速运
2、动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界C相对论的出现否定了经典力学理论D伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳演绎法”是经典力学方法的典型3如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行，你可以发觉()A你的质量在增加B你的心脏跳动在慢下来C你在变小D你永远不能由自身的变化知道你的速度4爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的重大革命，因为它()A揭示了时间、空间并非绝对不变的属性B借鉴了法国科学家拉瓦锡的学说C否定了牛顿力学的原理D修正了能量、质量互相转化的理论5下列说法中正确的是()A万有引力可以用狭义相对论作出正确的解释B电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释C狭义相对论是惯性参考系之间的理论D
3、万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架6用著名的公式Emc2(c是光速)，可以计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量。下面的哪种说法是正确的()A同样的公式Emc2也可以用来计算一个手电筒发出一定能量光时所丢失的质量B公式Emc2适用于核反应堆中的核能，不适用于电池中的化学能C只适用于计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量D公式Emc2适用于任何类型的能量7对相对论的基本认识，下列说法正确的是()A相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的B爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快D我们发现竖直向上高速运动的球在水
4、平方向上变扁了8用相对论的观点判断，下列说法不正确的是()A时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D当物体运动的速度vc时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计二、填空题(每小题10分，共20分，把答案填在相应的横线上)9带电介子静止时的平均寿命是2.6108 s，某加速器射出的带电介子的速率是2.4108 m/s，则在实
5、验室中测得这种粒子的平均寿命是_。10有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图所示。由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c(c为真空中的光速)时，时钟的周期大约为_。在日常生活中，我们无法察觉时钟周期性变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度_。若在高速运行的飞船上有一只表，从地面上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变_(填“快”或“慢”)了。三、计算题(每小题16分，共32分)11(1)一列火车以速度v匀速行驶，车头、车尾各有一盏灯，某时刻路基上的人看见两灯同时亮了，那么车厢顶上的人看见的情况是什么呢？ (2)远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，
6、测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？12地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0108 m/s跟随A飞行。求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度。13静止长度为2 m的物体，以0.8c的速度沿长度方向相对某观察者匀速运动时，此观察者测量该物体的长度为多少？若该物体静止时的质量为m0，那么此时它的质量为多少？14如图所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度vB和vC朝同一方向飞行的两枚火箭上，且vBvC。地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走
7、得最快？单元检测1. CD解析：据光速不变原理可以判定均为c。2. ABD解析：在经典力学中物体的质量是恒定不变的，A对；经典力学有严格使用范围，即宏观、低速的物体，B对；相对论是对经典力学的发展，它并没有否认经典力学理论，C错；由物理学史可知D也是正确的。3. D解析：相对论的基本概念是：当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动。当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的；当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉；当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动，但如果房子是在做匀速直线运动，即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动，即使房子有一
8、个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动。4. A解析：狭义相对论和广义相对论揭示了时空的可变性，使人们能进一步去研究高速运动的物体。5. BCD6. AD7. A解析：爱因斯坦的质能方程阐明了质量和能量的相互联系，质量和能量是物体存在的两种形式，质量和能量是不同的概念。再由相对论的基本原理可知，选项A正确。8. A解析：由相对论知，时间和空间都是相对的，所以A项不正确。9.4.33108 s解析：由时间间隔的相对性知，若为介子静止时的平均寿命2.6108 s，则t为介子以速度v2.4108 m/s运动时的平均寿命，所
9、以4.33108 s。10. 2.5 s远小于光速c慢解析：根据题图中数据可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c时，对应时钟的频率为0.4 Hz，则周期为2.5 s。日常生活中，我们无法察觉时钟周期性变化现象是因为运动速度远小于光速c。在高速运行状态下，时钟变慢。11. (1)车头的灯先亮(2)3(昼夜)解析：(1)车头的灯先亮。(2)因为，所以t5(昼夜)，v0.8c，所以(昼夜)。12. (1)1.125108 m/s (2)1.125108 m/s解析：(1)A上的乘客看地以2.5108 m/s向后运动。地面上的人看B以2.0108 m/s向前运动，则A上乘客看B的速度为1.125108 m/s。(2)B看A的相对速度为1.125108 m/s。13. 1.2 m点拨：由长度的相对性公式l得观察者测量的长度为l0.6l01.2 m由相对论质量公式m得物体运动时的质量为m。 14. 火箭C上的时钟走得最慢，地面上的钟走得最快。点拨：如题图所示，地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大。根据公式t可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢。地面上的钟v0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的钟走得最快。 6