2018年人教版物理选修3-4第15章-1 2
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2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第一节相对论的诞生》课后练习试卷【4】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.下列对波速的理解正确的是().A.波速表示振动在介质中传播的快慢B.波速表示介质质点振动的快慢C.波速表示介质质点迁移的快慢D.波速跟波源振动的快慢无关【答案】AD【解析】机械振动在介质中传播的快慢用波速表示,它的大小由介质本身的性质决定,与介质质点的振动速度是两个不同的概念,与波源振动快慢无关,故A、D正确;波速不表示质点振动的快慢,介质质点也不随波迁移,因此B、C错误.-(2.(6分)如图甲所示为一列沿水平方向传播的简谐横波在时刻t的波形图,如图乙所示为质点b从时刻t开始计时的v-t图象.若设振动正方向为沿+ y 轴方向,则下列说法中正确的是()A.该简谐横波沿x轴负方向传播B.该简谐横波波速为0.4 m/sC.若该波发生明显的衍射现象,则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m大得多D.在时刻t,质点a的加速度比质点b的大E.再经过2s,质点a随波迁移0.8 m【答案】ABD【解析】试题分析:根据振动图像,t时刻b处的质点正向上振动,根据走坡法可知该波向x轴负方向传播,A正确;从横波图像中我们可以看出波长,从振动图像中我们可以得出周期,所以该波传播速度,B正确;当障碍物的尺寸非常接近波的波长时,衍射现象比较明显,故C错误;质点振动时,在波峰或者波谷位置回复力最大,加速度最大,在平衡位置加速度为零,所以在时刻t,质点a的加速度比质点b的大,D正确;简谐横波在传播过程中,各个质点只在其平衡位置附近上下振动,不会随波传播,E错误;考点:考查了横波图像,振动图像,波长,波速及频率之间的关系3.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品,也是夜间骑车的安全指示灯,它能把来自后面的光反射回去.某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n>)组成,棱镜的横截面如图所示.一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜,先后经过AC边和CB边反射后,从AB边的O′点射出,则出射光线是()A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③D.平行于AB边的光线④【答案】B【解析】试题分析:根据光的反射定律可得,光线经过等腰镜子之后,传播方向发生180°转变,即平行于入射光线的光线②,故选B考点:考查了光的反射点评:本题可以当成一个结论使用,比较简单4.两列频率相同的水波发生干涉的示意图如图所示,实线表示波峰,虚线表示波谷,M点是实线相交的一点,N点是虚线相交的一点,则下列说法正确的是A.M点的振动始终加强B.N点的振动始终减弱C.M点的位移始终最大D.N点的位移始终最小【答案】A【解析】M 点为波峰与波峰相遇,为振动加强点,振动始终加强,A 对;A 为波谷与波谷相遇,也是振动加强点,B 错;振动加强点并不是在位移最大的位置静止不动,它也在做简谐振动,只是距离平衡位置的最大距离最大,CD 错;5.(2010·重庆·14)一列简谐波在两时刻的波形如题14图中实践和虚线所示,由图可确定这列波的( )A .周期B .波速C .波长D .频率【答案】C【解析】只能确定波长,正确答案C 。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第三节狭义相对论的其他结论》课后练习试卷【6】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.两个普通白炽灯发出的光相遇时,我们观察不到干涉条纹,这是因为().A.两个灯亮度不同B.灯光的波长太短C.两灯光的振动情况不同D.电灯发出的光不稳定【答案】C【解析】一般情况下,两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往不同,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的,故正确选项为C.2.在LC振荡电路中,电容器放电时间的长短决定于().A.充电电压的大小B.电容器带电荷量的多少C.放电电流的大小D.电容C和电感L的数值【答案】D【解析】电容器放电一次经历四分之一个周期,而周期T=2π,T是由振荡电路的电容C和电感L决定的,与电荷量等无关.3.如图所示,做简谐运动的水平弹簧振子从平衡位置O向B运动的过程中,下述正确的是A.振子做匀减速运动B.振子做匀加速运动C.振子做加速度不断减小的减速运动D.振子做加速度不断增大的减速运动【答案】D 【解析】试题分析:由于是间歇振动,所以F=-kx ,由此可知,其合外力在不断发生变化,因此不可能是匀变速运动。
所以AB 错误。
在从O 到B 过程中,位移增加,所以回复力变大,所以加速度不断变大,所以答案为D 考点:简谐振动点评:本题考查了简谐振动种加速度以及速度的变化规律,常见的提醒还有考察图像类问题的理解。
4.作简谐运动的物体每次通过同一位置时,都具有相同的 A .加速度 B .速度C .动能D .回复力【答案】ACD 【解析】试题分析:简谐振动的特点是具有周期性,其速度、加速度、回复力都在随位移周期改变。
例如经过同一位置时,运动方向可能不同,所以速度不一定相同,但是动能相等。
第十五章 第三、四节基础夯实一、选择题(1~4题为单选题,5、6题为多选题)1.如果你以接近于光速的速度朝一星体飞行(如图),你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动( )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 答案:D2.(福州八县一中2018-2019高二下学期期末联考)以下说法正确的是( ) A .根据爱因斯坦的相对论,我们之前所学的物理知识、规律都是错误的 B .爱因斯坦提出的质能方程E =mc 2,表明任何物体的能量都与其质量成正比 C .牛顿力学适用于宏观、低速的物体D .若在一艘正以光速前进的飞船上,沿着前进方向发出一束激光,则在地面上观测这束激光,它的速度将是光速的两倍答案:C3.设想有一艘飞船以v =0.8c 的速度在地球上空飞行,如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体,该物体相对于飞船的速度为0.9c ,从地面上的人看来,物体的速度为( )A .1.7cB .0.1cC .0.99cD .无法确定答案:C解析:根据相对论速度变换公式:u =u′+v 1+u′v c 2,得u =0.8c +0.9c1+0.8c×0.9c c2=0.99c ,故选项C 正确。
4.一艘大船在平静的大洋中匀速行驶,一个人在其密闭的船舱内向各个不同的方向做立定跳远实验,并想由此来判断船航行的方向,假设他每次做的功相同,下列说法正确的是( )A .如果向东跳得最远,则船向东行驶B .如果向东跳得最近,则船向东行驶C .他向各个方向跳的最大距离相同,不能由此判断船行方向D .他向各个方向跳的最大距离不同,但不能由此判断船行方向 答案:C解析:根据广义相对性原理可判C 选项正确。
5.下列说法中正确的是( )A .物体的引力使光线弯曲B .光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C .在强引力的星球附近,时间进程会变慢D .广义相对论可以解释引力红移现象 答案:ACD解析:根据广义相对论的几个结论可知,选项A 、C 、D 正确,B 错误。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第三节狭义相对论的其他结论》综合测试试卷【7】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.关于电磁波的特性,下列说法正确的是().A.红外线遥感是利用了红外线波长较长的特点B.一切物体都在不停地辐射红外线,温度越高,辐射越强C.验钞机检验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用D.X射线可深入人的骨骼,杀死病变细胞【答案】ABC【解析】在人体内杀死病变细胞是利用了γ射线的放射作用.2.如图为一列简谐横波在某时刻的波形图,已知质点P此时的运动方向如图所示,则可判定()A.波向右传播B.质点a的振幅大于质点b的振幅C.质点b比a先回到平衡位置D.质点c与P的运动方向相反【答案】D【解析】试题分析:沿着波传播的方向看去,波形向上的地方速度方向向下,P速度向下,所以波向左传播,选项A错误;在波动图像上,各点的振幅相等,选项B错误;只不过运动的步调不一致,由于质点a向下运动,质点b向上运动,所以质点a先到平衡位置,选项C错误;c运动方向向上。
选项D正确;故选D考点:考查机械波点评:本题难度较小,掌握质点的振动方向与波的传播方向的关系是关键3.如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O 点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是A.减弱,紫光B.增强,紫光C.减弱,红光D.增强,红光【答案】B【解析】试题分析:光线从光密介质到光疏介质,入射角增大则反射光的强度增强;因紫色光的折射率最大,发生全反射的临界角最小,故紫光最先发生全反射,在光屏上最先消失.故选B.考点:全反射;光的折射定律.点评:本题中应记住七色光中从红到紫,折射率增大、频率增大,而波长减小,故红光的波长最长,而紫光的频率最高,折射率最大.4.机械波在介质中传播时,下列说法中正确的是( ).A.各质点都在各自的平衡位置附近振动B.相邻质点间必自相互作用力C.前一质点的振动带动相邻后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点D.各质点也随波的传播而迁移【答案】ABC【解析】试题分析:机械波在介质中传播时,除了振源,其他指点都做受迫振动,即相邻质点间必自相互作用力,且前一质点的振动带动相邻后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点,各个质点都在各自的平衡位置附近振动,但不能随波迁移,所以答案为ABC考点:机械波点评:本题考查了机械波的理解。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第四节广义相对论简介》精选专题试卷【1】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.如图所示,闭合开关S,待电容器充电结束后,再打开开关S,用绝缘工具使电容器两极板距离稍稍拉开一些,在电容器周围空间().A.会产生变化的磁场B.会产生稳定的磁场C.不会产生磁场D.会产生振荡的磁场【答案】C【解析】两平行板电容器接入直流电源后两极板间的电压等于电源的电动势,断开电源后,电容器带电荷量不变,由电容器定义式和平行板电容器公式可得两板间场强E===,当用绝缘工具将两极板距离稍稍拉开一些,电容器两板间的电场不发生变化,所以不会产生磁场,C正确.2.【选修3-4】(6分)如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图,图中①是光源、②是滤光片、③是单缝、④是双缝、⑤是光屏.下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是(仅有一个正确选项)A.增大①和②之间的距离B.减小④和⑤之间的距离C.将红色滤光片改成蓝色滤光片D.减小双缝之间的距离【答案】D【解析】试题分析:由双缝干涉中条纹间距可知;增大双缝到光屏的距离可增大相邻亮条纹之间的距离,选项B错误。
增大①和②之间的距离并不能改变,选项A错误。
增大波长可增,而红光变成蓝光后波长变小,条纹间距变小,选项C错误。
减小双缝间的距离也可增大,选项D正确。
故选D。
考点:本题考查了双缝干涉测光的波长。
3.有一种称为手性材料的光介质,当激光从空气射入这种材料的时候,将会分离出两种光,一种是左旋圆偏振光,其折射率为;另一种是右旋圆偏振光,其折射率为,其中no 为选定材料的折射率,k为大于零的参数(nL和nR大于1),则A.在这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度B.左旋光的折射现象比右旋光明显C.k越大,左旋光与右旋光分离的现象越明显D.当左、右旋光从该材料射向空气时,左旋光的临界角小于右旋光的临界角【答案】AC【解析】由左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的折射率表达式可知,nL 小于nR,折射率越小,介质中的光速越大,折射现象越不明显,射向空气时的临界角越大,故A正确,B、D错误;k越大,左旋光与右旋光的折射率差的越多,分离现象越明显,故C正确。
3 狭义相对论的其他结论4 广义相对论简介1.相对论速度变换公式(1)以高速火车为例,设车对地面的速度为v ,车上的人以速度u ′沿着火车前进的方向相对于火车运动,那么这个人相对地面的速度u =u ′+v 1+u ′v c 2。
(2)光速是速度的极限,任何物体的机械运动既不能达到更不能超过光速。
【例1】如图所示,地球上一观察者,看见一飞船A 以速度2.5×108 m/s 从他身边飞过,另一飞船B 以速度2.0×108 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。
解析:(1)A 上的乘客看到B 的相对速度,即B 相对运动参考系A 的速度u ′,由题意知A 相对静止参考系(观察者)的速度v =v A =2.5×108 m/s ,B 相对静止参考系的速度u =v B =2.0×108 m/s ,由相对论速度变换公式u =u ′+v 1+u ′v c 2 可得2.0×108 m/s =u ′+2.5×108 m/s 1+u ′×2.5×108(3.0×108)2, 解上式得u ′=-1.125×108 m/s ,即A 上的乘客看到B 以1.125×108 m/s 的速度沿飞船A 运动的反方向运动。
(2)根据运动的相对性可知,B 上的乘客看到A 以1.125×108 m/s 的速度沿飞船B 运动的方向运动。
答案:(1)1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s2.相对论质量质量和速度的关系:m =m 01-(v c)2,质量公式实际上 是质量和速度的关系,在公式中,若v =c 时,则m 可能是无限大,这是不可能的,尤其是宏观物体,设想物体速度逐渐向c 靠拢,m 要逐渐增大,产生加速度的力也要很大,因此,宏观物体的速度是不可能增大到与光速相比的,对于没有静止质量的粒子(如光子)却可以达到光速。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第四节广义相对论简介》课后练习试卷【8】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.下图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲图为绿光进行实验的图样,a为中央亮条纹,乙为换用另一种单色光进行实验的图样,为中央亮条纹,则以下说法中正确的是()A.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短【答案】A【解析】试题分析:在同一实验装置下,l、d相同,由Δx=λ可知,相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与λ成正比.由题意知乙中b大于甲中a,所以乙图所用光的波长要长,而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,波长依次变短,由此可知可能是红光而不是紫光.A选项正确.考点:干涉条纹点评:本题考查了对于干涉现象的记忆或对干涉条纹公式的记忆。
2.某单色光由玻璃射向空气,发生全反射的临界角为, c为真空中光速,则该单色光在玻璃中的传播速度是()A.B.C.D.【答案】B【解析】试题分析:根据全反射定律可得,根据折射率与传播速度公式,两式联立可得,故B正确,ACD错误故选B考点:考查了全反射,折射率公式点评:关键是知道公式和3.如图所示为一直角棱镜的横截面,∠bac=90°,∠abc=60°,O点是bc的中点。
一平行细光束从O、c之间(不含O、c两点)的P点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。
已知棱镜材料的折射率n=,若不考虑原入射光在bc面上的反射光,则有光线A.从ab面射出,且与ab面垂直B.从ac面射出,且与ac面垂直C.从bc面射出,且与bc面垂直D.既可能从ab面射出,也可能从bc面射出【答案】A【解析】光线在AC面的入射角为30°,由sinC=1/n,全反射临界角为45°,光线在ac面不会发生全反射,有光线从AC面射出,但出射光线与AC不垂直,反射光线射到bc面,入射角为60°,在bc面发生全反射,反射光线垂直打到ab面,A对;4.一列横波,某时刻的波形图如图所示。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第三节狭义相对论的其他结论》课后练习试卷【5】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.下列说法中正确的是( )A.所有物体都能发射红外线B.光的偏振现象说明光是一种纵波C.用激光读取光盘上记录的信息是利用激光相干性好的特点D.当观察者向静止的声源运动时,接收到的声音频率小于声源发出的频率【答案】A【解析】试题分析:根据红外线的热效应知,一切物体都能发射红外线,所以A正确;光的偏振现象说明光是一种横波,故B错误;用激光读取光盘上记录的信息是利用激光的平行性好的特点,所以C错误;根据多普勒效应,当观察者向静止的声源运动时,接收到的声音频率大于声源发出的频率,所以D错误考点:光和波2.四川在2008年和2013年近五年的时间里,分别在汶川县和芦山县发生了两次大地震、给四川人民带了巨大灾难。
下列有关说法不正确的是()A.地震波是地球释放能量的一种方式B.地震波中的纵波比横波传播快,利用它们传播的时间差可以提前预警C.地震波与电磁波都具有多普勒效应D.地震波可以比真空中的光速传播快【答案】D【解析】试题分析:地震波属于机械波,是能量传输的一种形式,故A说法正确。
地震时回发出横波和纵波,横波传播得比较慢,而且破坏性更大,可以在接收到纵波时提前做出准备,达到预警的目的,故B说法正确。
所有的都具有多普勒效应,故C说法正确。
自然界中光速最快,机械波不可能超过光速,故D说法错误。
3.在空气中水平放置着一个长方体玻璃砖。
在竖直平面内有两束单色光,如图所示,其中a为紫光、b为红光,两束光相互平行且相距为d,斜射到长方体玻璃砖的上表面,折射后直接射到下表面,然后射出。
则下列说法中可能发生的是( )A.两束光射出玻璃砖后仍然平行,距离小于dB.两束光射出玻璃砖后仍然平行,距离等于dC.两束光射出玻璃砖后不会沿同一路径传播D.两束光射出玻璃砖后将不再平行【答案】AB【解析】试题分析:根据光路的可逆性,空气中的出射光线必定和空气中的入射光线平行,由折射定律可知两条光线出射后仍与入射光线平行,两条出射光线也平行,D错误;但是紫光偏折的比红光明显,玻璃里的折射光延长线会相交,如果厚度较小,则满足两束光射出玻璃砖后仍然平行,距离小于d,A正确;如果厚度继续增加,可能会恰好满足两束光射出玻璃砖后仍然平行,距离等于d,B正确;故选AB考点:光的折射点评:光的折射定律:折射光线、入射光线、法线在同一个平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,当光由空气斜射进入水中或其它透明介质中时,折射光线向法线偏折,折射角小于入射角;当光由水中或其它透明介质斜射进入空气中时,折射光线远离法线偏折,折射角大于入射角.4.某同学正在家里利用电视机自带的天线收看电视节目,突发奇想:若把正在收看的电视机放在真空玻璃罩内,会发生下列的那种情况()A.图像和声音一样正常B.图像和声音同时消失C.可以听到声音,但看不到图像D.可以看到图像,但听不到声音【答案】D【解析】试题分析:图象属于光信号,光的传播不需要介质,光可以在真空中传播,所以把正在收看的电视机放在真空玻璃罩内,我们仍可以看到图象;声音的传播需要介质,声音不能在真空中传播,所以把正在收看的电视机放在真空玻璃罩内,我们就听不到声音了.故选 D.考点:电磁波和机械波的传播条件点评:要记住光是可以在真空中传播的,而声音不能在真空中传播.5.一列简谐横波在x轴上传播,某时刻波形如图所示,关于波的传播方向与质点a、b、c、d、e的运动情况,下列叙述正确的是()A.若波沿x轴正方向传播,a运动的速度将减小B.若波沿x轴负方向传播,c将向下运动C.若e比d先回到平衡位置,则波沿x轴正方向传播D.若波沿x轴正方向传播,再经过半个周期b将移到d现在的位置【答案】B【解析】试题分析:若波沿x轴正方向传播,各个点应与其相邻左边点的位移相同,a点向下运动,速度增大,A选项错误,同理c点向下运动,B选项正确。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十五章相对论简介》《第三节狭义相对论的其他结论》课后练习试卷【7】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.关于振动和波动,下列说法正确的是()A.单摆做简谐运动的周期与摆球的质量有关B.部队过桥不能齐步走而要便步走,是为了避免桥梁发生共振现象C.在波的干涉中,振动加强的点位移不一定始终最大D.各种波均会发生偏振现象【答案】BC【解析】试题分析:由可知,单摆做简谐运动的周期与摆球的质量无关,选项A 错误;部队过桥不能齐步走而要便步走,是为了避免桥梁发生共振现象,选项B正确;在波的干涉中,振动加强的点只是振幅增大,但是位移不一定始终最大,选项C 错误;只有横波才会发生偏振现象,选项D错误。
考点:单摆;共振;波的干涉;偏振。
2.如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°,一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰好平行于OB,以下对介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是A.,不能发生全反射B.,能发生全反射C.,不能发生全反射D .,能发生全反射【答案】 A 【解析】画出光路图,并根据几何关系标出角度,如图所示,由图可知,介质的折射率==;因为,所以折射光线中恰好射到M 点的光线不能发生全反射,选项A 正确.3.有A 、B 两个音叉,在同一段时间内A 音叉振动了50次,B 音叉振动了60次。
若两音叉发出的声波在空气中的传播速度大小分别为v A 、v B ,波长分别为λA 、λB ,则 A .v A ∶v B =1∶1,λA ∶λB =5∶6 B .v A ∶v B =1∶1,λA ∶λB =6∶5 C .v A ∶v B =5∶6,λA ∶λB =6∶5 D .v A ∶v B =5∶6,λA ∶λB =5∶6 【答案】B【解析】波速由介质决定,所以两种声波速度相同,由,T=1/f ,B 对;4.一列简谐横波沿直线传播,该直线上的a 、b 两点相距4.42 m.图中实、虚两条曲线分别表示平衡位置在a 、b 两点处质点的振动曲线.从图示可知( )A .此时波的频率一定是10 HzB .此列波的波长一定是0.1 mC .此列波的传播速度可能是34 m/sD .a 点一定比b 点距波源近 【答案】AC【解析】由振动曲线知T="0.1" s,故f=="10" Hz,A 正确.若波经a→b,则Δt 1=0.1k+0.03.若波经b→a,则Δt 2=0.1k+0.07.由v 1·Δt 1=s ab 和v 2·Δt 2=s ab ,取k=0,1,2……可知C 正确,B 、D 错.5.以下物理学知识的相关叙述,其中正确的是(选对一个给3分,选对两个给4分,选对三个给6分。
1 相对论的诞生
2 时间和空间的相对性
学 习 目 标 知 识 脉 络
1.知道经典的相对性原理,能说出狭义相对论
的实验基础和它的两个基本假设.
2.能说出狭义相对论的几个主要结论.(重点)
3.了解经典时空观与相对论时空观的主要区
别,体会相对论的建立对人类认识世界的影
响.(难点)
相对论的诞生
[先填空]
1.经典的相对性原理
(1)表述一:力学规律在任何惯性系中都是相同的.
(2)表述二:在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性参考系是否
相对于另一个惯性系做匀速直线运动.
(3)表述三:任何惯性参考系都是平权的.
2.狭义相对论的两个基本假设
(1)狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.
(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.
[再判断]
1.静止或匀速直线运动的参考系是惯性系.(√)
2.由于在任何惯性系中力学规律都是相同的,因此,研究力学问题时可以选择任何惯
性系.(√)
3.在不同的惯性系中,光速是不相同的.(×)
[后思考]
1.牛顿运动定律的适用条件是什么?
【提示】 宏观物体、低速运动和惯性参考系.
2.伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同?
【提示】 伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的;狭义相对性原
理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的.
[核心点击]
1.惯性系和非惯性系
牛顿运动定律能够成立的参考系,相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也
是惯性系.
牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系.
2.伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系中都是相同的,即任何惯性参考系都是平权的.
3.相对性原理与电磁规律
根据麦克斯韦的电磁理论,真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量,但是按照伽利
略的相对性原理,在不同惯性系中的光速应是各不相同的.迈克耳孙—莫雷实验证明:不论
光源和观察者做怎样的相对运动,光速都是相同的.
4.迈克耳孙—莫雷实验
(1)实验背景:根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度,并不需要
初始条件,也就是说,“电磁波的速度是c”,这本身就是电磁规律的一部分,而不是电磁
规律应用于某个具体事物的结论.于是,问题出现了:麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系
成立?如果它相对参考系S是正确的,另外还有一个参考系S′,S′相对于S以速度v运动,
那么光相对于S′的速度应该是(c-v)而不是c,好像电磁规律不是对任何惯性系都一样.
(2)实验结论:不论光源与观察者做怎样的相对运动,光速都是一样的.
1.假设有一天某人坐在“神舟”号飞船上,以0.5c的速度遨游太空,当他打开一个光
源时飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为________,飞船正后方地面上的观察者看到
这一光速为________,在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是________.
【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,
即在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c.
【答案】 c c c
2.如图15-1-1所示,思考以下几个问题:(光速用c表示) 【导学号:23570152】
图15-1-1
(1)若参考系O′相对于参考系O静止,人看到的光速应是多少?
(2)若参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动,人看到的光速应是多少?
(3)若参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动,人看到的光速又是多少?
【解析】 根据狭义相对论的光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是
相同的,光速与光源、观察者间的相对运动没有关系.因此三种情况下,人观察到的光速都
是c.
【答案】 (1)c (2)c (3)c
1.爱因斯坦提出的两条基本假设是相对论的基础,对同时的相对性等经典力学所无法
解决的问题,应紧紧抓住两条基本假设这一关键点来解决.
2.真空中对不同的惯性参考系来说,光速都是相同的.
3.经典力学的结论是有一定局限性的,一般只适用于宏观物体的低速运动.
时间和空间的相对性
[先填空]
1.“同时”的相对性
(1)经典时空观:在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中
观察也是同时的.
(2)相对论时空观:“同时”具有相对性,即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两
个事件,在另一个惯性系中观察可能不是同时的.
2.“长度”的相对性
(1)经典的时空观:一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同.
(2)相对论的时空观:“长度”也具有相对性,一条沿自身长度方向运动的杆,其长度
总比静止长度小,但在垂直于杆的运动方向上,杆的长度没有变化.
(3)相对长度公式:设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0,与杆有相对运动的人认
为杆的长度为l,杆相对于观察者的速度为v,则l、l0、v的关系是:l=l01-vc2.
3.时间间隔的相对性
(1)经典的时空观:某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们的时间间隔总是相同的.
(2)相对论的时空观:某两个事件,在不同的惯性参考系中观察,它们的时间间隔是不
同的,惯性系速度越大,惯性系中的时间进程进行得越慢.非但如此,惯性系中的一切物理、
化学过程和生命过程都变慢了.
(3)相对时间间隔公式:设Δτ表示静止的惯性系中观测的时间间隔,Δt表示以v高速运
动的参考系中观察同样两事件的时间间隔,则它们的关系是:Δt=Δ τ1-vc2.
[再判断]
1.根据相对论的时空观,“同时”具有相对性.(√)
2.相对论时空观认为,运动的杆比静止的杆长度变大.(×)
3.高速飞行的火箭中的时钟要变慢.(√)
[后思考]
1.尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗?
【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短,在垂直于运动方向长度不变.
2.以任何速度运动,时间延缓效应都很显著吗?
【提示】 不是.当u→c时,时间延缓效应显著;当u≪c时,时间延缓效应可忽略.
[核心点击]
1.“动尺缩短”
狭义相对论中的长度公式l=l01-vc2中,l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长
度,而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时,静止的观察者测量的长度.
2.“动钟变慢”
时间间隔的相对性公式
Δ t=
Δτ
1-
v
c
2
中,Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的
时间间隔,而Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个
事件发生的时间间隔.
3.分析时间间隔和长度变化时应注意的问题
(1)时间间隔、长度的变化,都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应,它与所选
取的参考系有关,物质本身的结构并没有变化.
(2)两个事件的时间间隔和物体的长度,必须与所选取的参考系相联系,如果在没有选
取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸,是没有任何意义的.
3.某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行,如果希望把这路程缩短为3光年,则
他所乘飞船相对地球的速度为________.
【解析】 由l=l01-vc2得,3=51-vc2,解得v=0.8c.
【答案】 0.8c
4.用相对论的观点判断,下列说法正确的是( )
【导学号:23570153】
A.时间是绝对的,空间是相对的
B.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
C.在地面上的人看来,高速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
D.在地面上的人看来,高速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
E.当物体运动的速度v≪c时,“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计
【解析】 时间和空间都是相对的,故选项A、B的说法错误;根据“时间膨胀”和“长
度收缩”效应,选项C、D的说法正确;当速度v≪c时,1-vc2≈1,所以“时间膨胀”和
“长度收缩”效应可忽略不计,故选项E说法正确.
【答案】 CDE
5.地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过,则火箭上
的人看到铁路的长度应该为多少?如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长
度又是多少?
【解析】 当火箭速度较低时,长度基本不变,还是100 km.当火箭的速度达到0.6c时,
由相对论长度公式l=l01-vc2代入相应的数据解得:l=100×1-0.62 km=80 km.
【答案】 100 km 80 km
应用相对论“效应”解题的一般步骤
1.应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度.
2.明确求解的问题,即明确求解静止参考系中的观察结果,还是运动参考系中的观察
结果.
3.应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算.