2025年大学物理相对论实验考核试卷

2025年大学物理相对论实验考核试卷考试时长：120分钟满分：100分班级：__________姓名：__________学号：__________得分：__________一、单选题（总共10题，每题2分，总分20分）1.狭义相对论中，洛伦兹变换描述的是（）A.物体在惯性系间的时空坐标变换关系B.物体在非惯性系间的时空坐标变换关系C.物体在引力场中的时空坐标变换关系D.物体在电磁场中的时空坐标变换关系2.爱因斯坦相对性原理的核心内容是（）A.物理定律在所有惯性系中具有相同的形式B.物理定律在所有非惯性系中具有相同的形式C.物理定律在所有引力场中具有相同的形式D.物理定律在所有电磁场中具有相同的形式3.在狭义相对论中，时间膨胀效应是指（）A.运动物体的长度在运动方向上收缩B.静止观察者测量运动时钟的速率变慢C.运动物体的质量随速度增加而增加D.静止观察者测量运动物体的体积膨胀4.狭义相对论中的长度收缩效应是指（）A.运动物体的长度在运动方向上收缩B.静止观察者测量运动时钟的速率变慢C.运动物体的质量随速度增加而增加D.静止观察者测量运动物体的体积膨胀5.相对论动量表达式p=γmu中的洛伦兹因子γ=（）A.1/√(1-v²/c²)B.√(1-v²/c²)C.1+v/cD.1-v/c6.相对论能量表达式E=mc²中的mc²称为（）A.动能B.势能C.静能D.总能量7.在相对论中，两个事件的同时性是（）A.在所有惯性系中都是绝对的B.在所有惯性系中都是相对的C.仅在静止系中是绝对的D.仅在运动系中是相对的8.狭义相对论中，质能方程E=mc²的物理意义是（）A.物体的质量可以转化为能量B.物体的能量可以转化为质量C.物体的质量和能量是等价的D.物体的质量和能量没有关系9.在相对论中，光速c是（）A.随观察者运动状态变化的B.随光源运动状态变化的C.在所有惯性系中都是恒定的D.仅在真空中的恒定10.相对论速度变换公式中，新系相对于原系的速度v的方向是（）A.沿x轴正方向B.沿x轴负方向C.沿y轴方向D.沿z轴方向二、填空题（总共10题，每题2分，总分20分）1.狭义相对论的两条基本假设是______和______。2.洛伦兹因子γ的表达式为______。3.相对论动量表达式p=______。4.相对论能量表达式E=______。5.时间膨胀效应的公式为______。6.长度收缩效应的公式为______。7.相对论速度变换公式中的β=______。8.质能方程E=mc²中，c称为______。9.相对论中，两个事件的时间间隔在动系中总是______原系中的时间间隔。10.相对论中，光速c是______。三、判断题（总共10题，每题2分，总分20分）1.狭义相对论只适用于高速运动物体，低速运动物体不适用。（）2.洛伦兹变换是狭义相对论的数学基础。（）3.时间膨胀效应意味着运动时钟比静止时钟走得更快。（）4.长度收缩效应是物体本身的属性，不是观察效应。（）5.相对论动量表达式p=γmu中的洛伦兹因子γ总是大于1。（）6.相对论能量表达式E=mc²中的mc²称为物体的动能。（）7.在相对论中，两个事件的同时性是绝对的。（）8.狭义相对论中，光速c是随观察者运动状态变化的。（）9.相对论速度变换公式适用于所有速度范围。（）10.相对论中，质量和能量是等价的。（）四、简答题（总共3题，每题4分，总分12分）1.简述狭义相对论的两条基本假设。2.解释时间膨胀效应的物理意义。3.说明相对论动量表达式p=γmu中各物理量的含义。五、应用题（总共2题，每题9分，总分18分）1.一艘宇宙飞船以0.8c的速度相对于地球飞行，飞船上的钟走了5秒，求地球上的观察者测得飞船上的钟走了多少秒？2.一根静止长度为1米的杆，以0.6c的速度沿其长度方向运动，求地球上的观察者测得该杆的长度是多少？【标准答案及解析】一、单选题1.A解析：洛伦兹变换描述的是物体在惯性系间的时空坐标变换关系，是狭义相对论的核心数学工具。2.A解析：爱因斯坦相对性原理的核心内容是物理定律在所有惯性系中具有相同的形式，这是狭义相对论的哲学基础。3.B解析：时间膨胀效应是指静止观察者测量运动时钟的速率变慢，是狭义相对论的重要效应之一。4.A解析：长度收缩效应是指运动物体的长度在运动方向上收缩，是狭义相对论的另一个重要效应。5.A解析：洛伦兹因子γ=1/√(1-v²/c²)，是相对论中描述速度对时空影响的关键参数。6.C解析：相对论能量表达式E=mc²中的mc²称为物体的静能，是物体固有的能量。7.B解析：在相对论中，两个事件的同时性是相对的，即在不同惯性系中可能有不同的同时性判断。8.C解析：质能方程E=mc²的物理意义是物体的质量和能量是等价的，可以相互转化。9.C解析：在相对论中，光速c是在所有惯性系中都是恒定的，这是狭义相对论的基本假设之一。10.A解析：相对论速度变换公式中，新系相对于原系的速度v的方向是沿x轴正方向，这是标准设定。二、填空题1.物理定律在所有惯性系中具有相同的形式；光速在所有惯性系中都是恒定的。解析：这两条基本假设是狭义相对论的基石。2.1/√(1-v²/c²)解析：洛伦兹因子γ是相对论中描述速度对时空影响的关键参数。3.γmu解析：相对论动量表达式p=γmu，其中γ=1/√(1-v²/c²)，m是静止质量，u是速度。4.γmc²解析：相对论能量表达式E=γmc²，其中γ=1/√(1-v²/c²)，mc²是静能。5.Δt'=γ(Δt-vΔx/c²)解析：时间膨胀效应的公式描述了运动时钟相对于静止时钟变慢的现象。6.L=L₀√(1-v²/c²)解析：长度收缩效应的公式描述了运动物体在运动方向上收缩的现象。7.v/c解析：相对论速度变换公式中的β=βu/c，其中βu是速度v/c。8.真空中的光速解析：质能方程E=mc²中，c称为真空中的光速。9.大于解析：相对论中，两个事件的时间间隔在动系中总是大于原系中的时间间隔，这是时间膨胀效应的体现。10.真空中的光速解析：相对论中，光速c是真空中的光速，是恒定的。三、判断题1.×解析：狭义相对论适用于所有速度范围，包括低速运动物体，只是低速时相对论效应可以忽略。2.√解析：洛伦兹变换是狭义相对论的数学基础，描述了惯性系间的时空坐标变换关系。3.×解析：时间膨胀效应意味着运动时钟比静止时钟走得更慢，不是更快。4.×解析：长度收缩效应是观察效应，不是物体本身的属性，物体本身没有收缩。5.√解析：相对论动量表达式p=γmu中的洛伦兹因子γ总是大于等于1，且v<c时γ=1。6.×解析：相对论能量表达式E=mc²中的mc²称为物体的静能，不是动能。7.×解析：在相对论中，两个事件的同时性是相对的，不是绝对的。8.×解析：在相对论中，光速c是在所有惯性系中都是恒定的，不随观察者运动状态变化。9.×解析：相对论速度变换公式适用于v<c的速度范围，v=c时需要广义相对论。10.√解析：相对论中，质量和能量是等价的，可以相互转化。四、简答题1.狭义相对论的两条基本假设是：-物理定律在所有惯性系中具有相同的形式；-光速在所有惯性系中都是恒定的。解析：这两条基本假设是狭义相对论的基石，由爱因斯坦提出。2.时间膨胀效应的物理意义是：-运动时钟相对于静止时钟变慢的现象，即静止观察者测量运动时钟的速率变慢。解析：这是狭义相对论的重要效应之一，表明时间和空间是相对的。3.相对论动量表达式p=γmu中各物理量的含义是：-p：相对论动量；-γ：洛伦兹因子，γ=1/√(1-v²/c²)；-m：静止质量；-u：速度。解析：相对论动量表达式描述了速度对动量的影响，γ因子的引入是狭义相对论的重要特征。五、应用题1.一艘宇宙飞船以0.8c的速度相对于地球飞行，飞船上的钟走了5秒，求地球上的观察者测得飞船上的钟走了多少秒？解析：时间膨胀效应的公式为Δt'=γΔt，其中γ=1/√(1-v²/c²)。v=0.8c，Δt=5秒，计算γ：γ=1/√(1-(0.8c)²/c²)=1/√(1-0.64)=1/√0.36=1/0.6=5/3。Δt'=γΔt=(5/3)×5=25/3≈8.33秒。地球上的观察者测得飞船上的钟走了8.33秒。2.一根静止长度为1米的杆，以0.6c的速度沿