课时跟踪检测（十五） 相对论时空观与牛顿力学的局限性

课时跟踪检测（十五）相对论时空观与牛顿力学的局限性eq\a\vs4\al(A)组—重基础·体现综合1．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()A．这个人是一个矮身材、胖子身材 B．这个人是一个瘦身材、高身材C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高解析：选D取路旁的人为惯性参考系，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，所以这个人瘦但不高，故D正确。2．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解析：选B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。经典物理学有简捷的优势。故A、C、D错误，B正确。3．地面上的观察者测得真空中的光速为v1，在匀速直线运动的列车内，观察者测得真空中的光速为v2，根据狭义相对论，下列判断正确的是()A．v1>v2 B．v1<v2C．v1＝v2 D．无法确定解析：选C根据狭义相对论光速不变原理，光在真空中总是以确定的速度传播，速度的大小同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关，可知v1＝v2。故选C。4．(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“墨子号”发出的“两道红色的光”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解析：选AC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；量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律，因为红光运动速度为光速，所以需考虑相对论效应，应使用量子力学描述，故C正确；量子力学和牛顿力学适用范围不同，量子力学适用于微观粒子的运动，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。5．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A．0.4c B．0.5cC．0.9c D．c解析：选D由狭义相对论的基本假设：光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，可知D正确。6．(多选)如图甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体，下列说法正确的是()A．经典力学适用于质子束的运动规律B．经典力学不适用于质子束的运动规律C．经典力学适用于中子星的引力规律D．经典力学不适用于中子星的引力规律解析：选BD经典力学适用于宏观、低速物体，不适用于质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律，故A、C错误，B、D正确。7．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()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：选D时间延缓效应与相对运动的方向无关，静止参考系的时间是固有时间，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。根据时间延缓效应公式Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))＞Δτ，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，运动就变慢了，故D正确。8．下列说法中不正确的是()A．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．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了解析：选C若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变，选项C不正确。9.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，今使光源发出一闪光，问：(1)在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？(2)在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？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，所以光到达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eq\a\vs4\al(B)组—重应用·体现创新10．(多选)设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是()A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：选CD根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，因此真空中的光速相对于飞船的速度为c，相对于地面的速度也为c。11．(多选)对于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，下列说法中正确的是()A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量为m>m0，即物体质量改变了，故经典力学不再适用，是不正确的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，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化解析：选CD公式中m0是静止质量，m是物体以速度v运动时的质量，故A错误。由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，经典力学仍然适用，故B错误，C、D正确。12．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，一艘宇宙飞船的船身长度为l0＝90m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过。(光速c＝3.0×108m/s)(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？解析：(1)观测站测得船身的长度为l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)＝54m，通过观测站的时间间隔为Δt＝eq\f(l,v)＝eq\f(54m,0.8c)＝2.25×10－7s。(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为法一Δt′＝eq\f(l0,v)