资源简介

第一节　牛顿力学的成就与局限性
第二节　相对论时空观
第三节　宇宙起源和演化
课时作业
考点一　相对论时空观
1.(多选)2015年9月科学家探测到宇宙中距离我们13亿光年的两个黑洞合并而产生的引力波,填补了爱因斯坦广义相对论实验验证的最后一块“拼图”.关于相对论,下列说法正确的是(　　)
A.经典时空观认为时间和空间是相互关联的
B.相对于观察者运动的时钟会变慢
C.在运动的参考系中测得的光速与其运动的速度无关
D.同一物体的长度不随观察者所处参考系的变化而改变
【答案】 BC
【解析】 经典时空观认为时间和空间是绝对不变的,故A错误;根据时间延缓效应,相对论时空观认为相对于观察者运动的时钟会变慢,故B正确;根据爱因斯坦的光速不变原理可知,在运动的参考系中测得的光速与其运动的速度无关,故C正确;根据长度收缩效应,相对论时空观认为同一物体的长度会随观察者相对参考系的运动而改变,故D错误.
2.(多选)下列关于相对论的说法正确的是(　　)
A.一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,这是经典物理学家的观点
B.一根杆的长度静止时为l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0
C.如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与它们一起运动的两名观察者都会认为对方的杆缩短了
D.牛顿力学认为时间和空间是绝对的,而相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
【答案】 ACD
【解析】 经典物理学家的观点认为,一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,故A正确;一根杆的长度静止时为l0,当杆运动的方向与杆垂直时,杆的长度不发生变化,故B错误;根据l′=l知,沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度小,故C正确;牛顿力学认为时间和空间是绝对的,相对论认为时间和空间是相对的,与物质的运动状态有关,故D正确.
3.在高速列车的车厢安装一盏灯,它每隔一定时间亮一次.列车上的人测得,灯在t1′、t2′两个时刻分别亮了一次,也就是说发生了两个事件,车上的人认为两个事件的时间间隔是Δτ=t2′-t1′;地面上的人测得这两个事件的时间间隔为Δt=t2-t1.则Δτ与Δt的关系是(　　)
A.Δτ>Δt B.Δτ<Δt
C.Δτ=Δt D.无法确定
【答案】 B
【解析】 根据时间的相对性可得Δt=,所以Δt>Δτ,故选B.
4.真空中光速为c.如图为一车厢,向右做匀速直线运动,v=0.9c,车厢内中心有一光源,上方有一个接收器,车厢内可视为真空.车厢内的人测得车厢长为L1,则地面上的人测得车厢长为L2,则(　　)
A.L1C.L1>L2 D.无法判断
【答案】 C
【解析】 根据长度收缩效应,车厢内的人测得车厢长为L1,则地面上的人测得车厢长为L2=L15.π介子是不稳定粒子,在其静止参考系中,它的寿命约为2.55×10-8 s,假设一个π介子相对于实验室的速率为0.6c.(结果保留3位有效数字)
(1)在实验室中测得它的寿命是多少
(2)在其寿命时间内,在实验室中测得它的运动距离是多少
【答案】 (1)3.19×10-8 s　(2)5.74 m
【解析】 (1)由相对论可知
Δt== s=3.19×10-8 s.
(2)在实验室中测得它的运动距离是
s=vΔt=0.6×3×108×3.19×10-8m=5.74 m.
考点二　牛顿力学的局限性
6.牛顿力学有一定的适用范围和局限性,下列不能用牛顿力学描述的运动是(　　)
A.子弹的飞行
B.飞船绕地球的运行
C.列车的运行
D.粒子接近光速的运动
【答案】 D
【解析】 牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动,所以子弹的飞行、列车的运行以及飞船绕地球的运行皆可用牛顿力学来描述;当粒子以接近光速运动时,不能使用牛顿力学来描述.
7.(多选)来自中国的量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光,射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站,首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发.下列说法正确的是(　　)
A.牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律
B.牛顿力学适用于描述光子的运动规律
C.量子力学可以描述电子的运动规律
D.量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值
【答案】 AC
【解析】 牛顿力学可以用来描述宏观、低速运动问题,故牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律,故A正确;对于运动速度接近光速的物体的运动,不适合用牛顿力学来描述,故B错误;电子属于微观粒子,量子力学可以用来描述微观粒子的运动规律,故C正确;量子力学和牛顿力学适用范围不同,量子力学适用于高速运动,在宏观、低速运动中,牛顿力学仍然适用,不能说牛顿力学已经失去了实用价值,故D错误.
8.若沿空间站运动方向向前发出一束激光,设真空中的光速为c,空间站对地速度为v,则地面上观察者测得的光速为(　　)
A.c-v B.c
C.c+v D.无法确定
【答案】 B
【解析】 根据光速不变原理,真空中的光速对任何观察者来说都是相同的.光在真空中的传播速度是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变.故选B.
9.若一列火车以接近光速的速度在高速行驶,车上的人用望远镜来观察地面上的一个排球,其观察的结果是(　　)
A.像一只乒乓球(体积变小)
B.像一只篮球(体积变大)
C.像一只橄榄球(竖直放置)
D.像一只橄榄球(水平放置)
【答案】 C
【解析】 根据狭义相对论,以观察者为参照系,则排球以接近光速的速度反向运动,由长度收缩效应可知,观察者测得排球水平宽度变短,竖直长度不变,因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球.故选C.
10.如图,一列火车以速度v相对地面运动,如果地面上的人测得,火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,下列说法错误的是(　　)
A.地面上的人看到的光速为c
B.火车上的人看到的光速为c
C.光源在火车的正中间
D.光源在火车的中点偏向前的位置
【答案】 C
【解析】 根据光速不变原理可知,地面上的人看到的光速为c,火车上的人看到的光速也为c,故A、B说法正确;地面上的人测得,火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,说明在地面上人看来,闪光所走的路程是相等的,设光源到后壁的距离为L1,到前壁的距离为L2,汽车行驶时间为t,以地面为参考系,则有L1=ct+vt,L2=ct-vt,可得L1>L2,可知光源在火车的中点偏向前的位置,故C说法错误,D说法正确.
11.“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,它们之间的关系如图乙所示.由此可知,当米尺和观察者的相对速度达到0.8c(c为光速)时,米尺长度大约是　　m,在日常长度大约是　　　　m.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】 0.6　1　远远小于光速
【解析】 根据题图中信息知v=0.8c时,米尺长度为0.6 m,v=0时,米尺长度为1.0 m,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,肉眼无法察觉到.
12.一枚静止时长30 m的火箭以光速的从观察者的身边掠过.
(1)求火箭上的人测得火箭的长度;
(2)求观察者测得火箭的长度;
(3)火箭上有一只完好的手表走过了3 min,求地面上的人认为它走过这3 min“实际”上花费的时间.
参考公式:时间延缓公式:Δt=,长度收缩公式:l=l0
【答案】 (1)30 m　(2)18 m　(3)5 min
【解析】 (1)火箭上的人相对火箭静止,所以火箭上的人测得火箭的长度应为30 m.
(2)观察者测得火箭的长度应为
l=l0=30× m
=30× m=18 m.
(3)火箭上有一只完好的手表走过了3 min,则地面上的人认为它走过这3 min“实际”上花费的时间为
Δt== min=5 min.第一节　牛顿力学的成就与局限性
第二节　相对论时空观
第三节　宇宙起源和演化
课时作业
考点一　相对论时空观
1.(多选)2015年9月科学家探测到宇宙中距离我们13亿光年的两个黑洞合并而产生的引力波,填补了爱因斯坦广义相对论实验验证的最后一块“拼图”.关于相对论,下列说法正确的是(　　)
A.经典时空观认为时间和空间是相互关联的
B.相对于观察者运动的时钟会变慢
C.在运动的参考系中测得的光速与其运动的速度无关
D.同一物体的长度不随观察者所处参考系的变化而改变
2.(多选)下列关于相对论的说法正确的是(　　)
A.一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,这是经典物理学家的观点
B.一根杆的长度静止时为l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0
C.如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与它们一起运动的两名观察者都会认为对方的杆缩短了
D.牛顿力学认为时间和空间是绝对的,而相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
3.在高速列车的车厢安装一盏灯,它每隔一定时间亮一次.列车上的人测得,灯在t1′、t2′两个时刻分别亮了一次,也就是说发生了两个事件,车上的人认为两个事件的时间间隔是Δτ=t2′-t1′;地面上的人测得这两个事件的时间间隔为Δt=t2-t1.则Δτ与Δt的关系是(　　)
A.Δτ>Δt B.Δτ<Δt
C.Δτ=Δt D.无法确定
4.真空中光速为c.如图为一车厢,向右做匀速直线运动,v=0.9c,车厢内中心有一光源,上方有一个接收器,车厢内可视为真空.车厢内的人测得车厢长为L1,则地面上的人测得车厢长为L2,则(　　)
A.L1C.L1>L2 D.无法判断
5.π介子是不稳定粒子,在其静止参考系中,它的寿命约为2.55×10-8 s,假设一个π介子相对于实验室的速率为0.6c.(结果保留3位有效数字)
(1)在实验室中测得它的寿命是多少
(2)在其寿命时间内,在实验室中测得它的运动距离是多少
6.牛顿力学有一定的适用范围和局限性,下列不能用牛顿力学描述的运动是(　　)
A.子弹的飞行
B.飞船绕地球的运行
C.列车的运行
D.粒子接近光速的运动
7.(多选)来自中国的量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光,射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站,首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发.下列说法正确的是(　　)
A.牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律
B.牛顿力学适用于描述光子的运动规律
C.量子力学可以描述电子的运动规律
D.量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值
8.若沿空间站运动方向向前发出一束激光,设真空中的光速为c,空间站对地速度为v,则地面上观察者测得的光速为(　　)
A.c-v B.c
C.c+v D.无法确定
9.若一列火车以接近光速的速度在高速行驶,车上的人用望远镜来观察地面上的一个排球,其观察的结果是(　　)
A.像一只乒乓球(体积变小)
B.像一只篮球(体积变大)
C.像一只橄榄球(竖直放置)
D.像一只橄榄球(水平放置)
10.如图,一列火车以速度v相对地面运动,如果地面上的人测得,火车上某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,下列说法错误的是(　　)
A.地面上的人看到的光速为c
B.火车上的人看到的光速为c
C.光源在火车的正中间
D.光源在火车的中点偏向前的位置
11.“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,它们之间的关系如图乙所示.由此可知,当米尺和观察者的相对速度达到0.8c(c为光速)时,米尺长度大约是　　m,在日常长度大约是　　　　m.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　　　　　　　　.
12.一枚静止时长30 m的火箭以光速的从观察者的身边掠过.
(1)求火箭上的人测得火箭的长度;
(2)求观察者测得火箭的长度;
(3)火箭上有一只完好的手表走过了3 min,求地面上的人认为它走过这3 min“实际”上花费的时间.
参考公式:时间延缓公式:Δt=,长度收缩公式:l=l0

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