2019-2020学年高中物理 第六章 相对论 章末过关检测课件 教科版选修3-4

章末过关检测(六)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1.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．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c解析：选D．根据光速不变原理，壮壮观测到的光传播速度仍为c，D项正确.2.列车静止时，车厢长度与沿轨道方向排列的相邻电线杆间距离相等.当列车以接近光速行驶，车上的乘客观测车厢长度与相邻电线杆间距离，所得出的结论是()A．车厢长度大于相邻电线杆间距离B．车厢长度小于相邻电线杆间距离C．向前观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离D．向后观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离解析：选A．在运动方向上由于有“尺缩效应”，故长度变短，所以车厢长度大于相邻电线杆间距离.3.惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是()解析：选C．飞行器与被测正方形沿x方向发生相对运动.由相对论时空观可知，在该方向上会发生长度收缩效应，因此该方向测得的长度小于l，y方向与相对运动方向垂直，故y方向上测得的长度仍为l，故正确答案为C．4.大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸.除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的.上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀.面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀.如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是下面哪个图像()解析：选C．由题意知，宇宙半径R随t增大先匀速增大后加速膨胀，加速膨胀过程中半径随t增大急剧增大，图像C符合.5.在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4s若相对甲做匀速直线运动的乙测得时间间隔为5s，则乙相对于甲的运动速度是()A．45cB．35cC．15cD．25c解析：选B．由题意可知，Δt′＝4s，Δt＝5s.由公式Δt＝Δt′1－vc2得，v＝c1－Δt′Δt2＝35c，所以B正确.6.太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg解析：选D．根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝ΔEc2＝4×1026(3×108)2kg≈4×109kg.7.某宇航员要到离地球5光年的星球上去，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()A．0.5cB．0.6cC．0.8cD．0.9c解析：选C．根据公式l＝l01－vc2可知，令l＝3光年，l0＝5光年，就可求得v＝0.8c.二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)8.对相对论的基本认识，下列说法不正确的是()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的快D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了解析：选BCD．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，B错误.再由相对论的基本原理可知，选项A正确，C、D错误.9.下列说法正确的是()A．对同一物体的运动，选择的参考系不同，观察的结果可能不同B．应用牛顿运动定律时，参考系的选取可以是任意的C．相对地面静止或匀速直线运动的参考系是惯性系D．牛顿运动定律是普遍适用的解析：选AC．对同一物体的运动，参考系的选择不同，观察的结果可能不同，A选项正确；牛顿运动定律是有适用范围的，只适用于惯性参考系，B、D选项错误；相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系，C选项正确.10.在地面附近有一高速飞过的火箭.关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是()A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D．火箭上的人看地面物体长度变小，时间进程变慢了解析：选BCD．因为表达式l＝l01－vc2和Δt＝Δτ1－vc2，可知l＜l0和Δt＞Δτ，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它的长度变短，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物体的长度越短，物理过程所经历的时间越长.故B、C、D正确.三、非选择题(本题共6小题，共54分，按题目要求作答.计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11.(6分)设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍.解析：由E0＝m0c2，E＝mc2得mm0＝EE0＝k由m＝m01－v2c2得，vc＝k2－1k.答案：kk2－1k12.(6分)以速度v绕地球旋转的人造卫星，它的时间Δt′和地球上同时测量的时间Δt的关系是____________.卫星上的长度为l′，在地球上测量的长度是______________.答案：Δt＝Δt′1－vc2l′1－vc213.(8分)一观察者测得运动着的米尺长度为0.5m，静止时长度为1m，求此米尺以多大的速度移动.解析：以观察者测得的长度为l，米尺的长度为l′，则满足长度相对性公式l＝l′1－vc2，进行变形可解v.根据l＝l′1－vc2可得，v＝cl′2－l2l′代入数据得v＝0.866c≈2.60×108m/s.答案：2.60×108m/s14.(10分)一电子以0.99c的速率运动.问：(1)电子的总能量是多少？(2)电子的经典力学的动能与相对论动能之比是多少？(电子静止质量m0＝9.1×10－31kg)解析：(1)电子的总能量为：E＝mc2＝m01－vc2·c2＝9.1×10－311－0.99cc2×(3×108)2J≈5.8×10－13J.(2)电子的经典力学动能为Ek＝12m0v2＝12m0(0.99c)2相对论的动能为Ek′＝E－E0＝mc2－m0c2EkEk′＝0.08.答案：(1)5.8×10－13J(2)0.0815.(12分)1901年，德国科学家考夫曼在确定β射线比荷的实验中首先观测到，电子比荷与速度有关，他假设电子的电荷不随速度而改变，则它的质量就要随速度的增加而增加.实验结果如图所示.请用质速关系公式，计算电子在0.6c和0.8c下的质量，并和实验数据对比.解析：设电子静止质量为m0，电子在0.6c时的质量为m1＝m01－v2c2＝m01－(0.6c)2c2＝1.25m0.电子在0.8c时的质量为m2＝m01－v2c2＝m01－(0.8c)2c2≈1.7m0.和实验数据比较，吻合得很好.答案：1.25m01.7m0和实验数据比较，吻合得很好16.(12分)设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞.试问：(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞？解析：(1)这是一个相对论速度变换问题.取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向.则S′系相对S系的速度v＝0.60c，彗星相对S系的速度ux＝－0.80c.由速度变换可得所求结果.结果u′x＝ux－v1－vuxc2＝－0.946c.即彗星以0.946c的速率向飞船靠近.(2)由时间间隔的相对性知Δt＝Δτ1－vc2＝5.0s解得Δτ＝4.0s.答案：(1)0.946c(2)4.0s