第二節(jié)相對論初步一．選擇題（共12小題）1．根據(jù)相對論判斷，下列說法正確的是（）A．狹義相對論全面否定了經(jīng)典力學(xué)理論 B．如果物體在地面上靜止不動。任何人在任何參考系里測出的物體長度都是一樣的 C．真空中的光速在不同的慣性參考系中也是不同的 D．物體運(yùn)動時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量2．在地面附近有一高速飛行的火箭，關(guān)于地面上的觀察者和火箭中的工作人員觀察到的現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了 B．地面上的人觀察到火箭變長了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了 C．火箭中的工作人員觀察到火箭的長度不變而時(shí)間進(jìn)程卻變化了 D．地面上的人觀察到火箭變長了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變快了3．如圖所示，在未來某年A乘坐速度為0.7c（c為光速）的宇宙飛船追趕正前方的B，B的飛行速度為0.5c，A向B發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則B觀測到該光束的傳播速度為（）A．0.2c B．0.7c C．1.0c D．1.2c4．以下說法正確的是（）A．利用紅外線進(jìn)行遙感、遙控，主要是因?yàn)榧t外線的波長長，不容易發(fā)生衍射 B．在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律不一定相同 C．α射線，β射線，γ射線基本上都是電磁波 D．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源、觀察者間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系5．1905年著名的物理學(xué)家愛因斯坦建立了狹義相對論。狹義相對論闡述物體以接近光的速度時(shí)所遵循的規(guī)律，已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)重要基礎(chǔ)理論之一。下列現(xiàn)象中屬于狹義相對論效應(yīng)的是（）A．質(zhì)量減小 B．長度增長 C．時(shí)間延緩 D．時(shí)間不變6．下列不是相對論的內(nèi)容的是（）A．時(shí)間的相對性 B．尺縮效應(yīng) C．時(shí)鐘變慢 D．質(zhì)量不變，因?yàn)樗俏矬w的固有屬性，與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)7．如圖所示，甲、乙兩人分別乘坐速度為0.6c和0.8c（c為真空中光速）的飛船反向運(yùn)動，則下列說法正確的是（）A．甲、乙兩人相對速度為1.4c B．甲觀察到乙的身高變短了 C．甲觀察到乙所乘坐的飛船變短 D．甲觀察到乙所帶的鐘表顯示時(shí)間變快8．A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度v1和v2朝同一方向飛行的兩個(gè)火箭上，且v1＜v2。地面上的觀察者認(rèn)為走得最快的時(shí)鐘是（）A．A時(shí)鐘 B．B時(shí)鐘 C．C時(shí)鐘 D．無法確定9．如圖，慣性參考系S有一直徑為d的圓形。從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得該圓形的圖像可能是（）A． B． C． D．10．如圖所示，慣性系S中有一邊長為1的立方體，從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上觀察，則該立方體的形狀是（）A． B． C． D．11．下列說法正確的是（）A．牛頓是國際單位制中的基本單位 B．研究原子核結(jié)構(gòu)時(shí)，因原子核很小，可把原子核看作質(zhì)點(diǎn) C．在鐵路的轉(zhuǎn)彎處，通常要求外軌比內(nèi)軌高，目的是減輕輪緣與軌道間的側(cè)向擠壓 D．“和諧號”動車組高速行駛時(shí)，在地面上測得的其車廂長度明顯變短12．如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v（v接近光速c）．地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離（）A．大于L B．等于L C．小于L D．不能確定二．填空題（共9小題）13．甲乘坐速度為0.9c（c為光速）的宇宙飛船追趕正前方的乙，乙的飛行速度為0.5c，甲向乙發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則乙觀測到光速是（選填“c”“1.4c”或“1.9c”）；地面上的觀察者發(fā)現(xiàn)甲的手表示數(shù)比乙的手表示數(shù)變化（選填“慢了”“快了”或“相同”）。14．如圖所示，一列火車以速度v相對地面運(yùn)動，如果地面上的人測得：地面上一只光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁和后壁，則火車上的人測得此閃光先到達(dá)（選填“前壁”或后壁“），這兩束閃光的傳播速度（選填”相等“或”不相等“）．15．經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為：時(shí)間和空間是獨(dú)立于而存在的，而愛因斯坦的相對論認(rèn)為：同一過程的位移和時(shí)間的測量在不同的參考系中是的．16．如圖所示，寬度為l的宇宙飛船沿其長度方向以0.9c（c為真空中的光速）遠(yuǎn)離地球，地球上的人看到宇宙飛船寬度（選填“大于”“等于”或“小于”）l．飛船和地面上各有一只銫原子鐘，地球上的人觀察到（選填“飛船上鐘較快”“地面上鐘較快”或“兩只鐘一樣快”）。17．一個(gè)遙遠(yuǎn)的星體正以速度v背離地球遠(yuǎn)去，地球上觀測到該星體發(fā)生的氫光譜中某一條譜線的波長為λ1，而地球?qū)嶒?yàn)室中對應(yīng)的該譜線測量的波長為λ2，則λ1λ2（選填“＞”、“＝”或“＜”）．地球觀察者觀測到該星體上發(fā)生一個(gè)事件的持續(xù)事件為t，則該事件在星體上持續(xù)的時(shí)間t0t（選填“＞”、“＝”或“＜”）．18．在行進(jìn)的火車車廂中測站臺上的兩根柱子之間的距離為L1，在站臺上測這兩根柱子之間的距離為L2，則L1L2（選填“小于”“大于”或“等于”）。19．列車靜止時(shí)，每節(jié)車廂的長度與沿軌道方向排列的相鄰電線桿間距離相等。當(dāng)列車以接近光速行駛時(shí)，車上的乘客觀測到車廂長度相鄰電線桿間距離（選填“大于”、“小于”或等于”），軌道旁靜止的觀察者觀測到車廂長度相鄰電線桿間距離（選填“大于”、“小于”或“等于”）。20．如圖所示，宇航飛行器以接近光速的速度經(jīng)過地球。宇航艙內(nèi)點(diǎn)光源S與前壁M和后壁N距離都是L．某時(shí)刻光源S發(fā)出一個(gè)閃光，宇航艙內(nèi)儀器觀測到M、N同時(shí)接收到光信號，則地面觀測站觀測到閃光（選填“是”或“不是”）同時(shí)到達(dá)M、N；地面觀測站觀測到宇航艙前后壁間距離（選填“＞”“＝”或“＜”）2L。21．地球與月球相距為L0，若飛船以接近光速的速度v經(jīng)過地球飛向月球，地面上的人測得飛船經(jīng)過t1時(shí)間從地球到達(dá)月球，在飛船內(nèi)宇航員測得飛船經(jīng)過t2時(shí)間從地球到達(dá)月球，則t1（選填“＞”“＝”或“＜”）t2；在飛船內(nèi)宇航員測得地球、月球相距為L，則L（選填“＞”“＝”或“＜”）L0。三．計(jì)算題（共2小題）22．一張長、寬均為5m的宣傳畫，平行地貼于鐵路旁邊的墻上，一超高速列車以2×108m/s的速度接近此宣傳畫，這張畫由司機(jī)測量高度為多少？長度為多少？23．半人馬星座內(nèi)的α星是離太陽系最近的恒星，它與地球間的距離約為4.3×1016m。假設(shè)有一宇宙飛船往返于地球和半人馬星座內(nèi)的α星之間，若宇宙飛船的速率為0.999c，則：（1）按地球上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需要多少時(shí)間？（2）按飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次的時(shí)間又為多少？（計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）四．解答題（共2小題）24．一列火車以速度v相對地面運(yùn)動，如圖所示．如果地面上的人測得，某光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁和后壁，那么按照火車上的人的測量，閃光是先到達(dá)壁．（選填“前”或“后”）25．火箭以0.75c的速度離開地球，從火箭上向地球發(fā)射一個(gè)光信號．火箭上測得光離開的速度是c，根據(jù)過去熟悉的速度合成法則，光到達(dá)地球時(shí)地球上測得的光速是多少？根據(jù)狹義相對性原理呢？

參考答案與試題解析一．選擇題（共12小題）1．【解答】解：A、相對論的出現(xiàn)，并沒有否定經(jīng)典物理學(xué)，經(jīng)典物理學(xué)是相對論在宏觀低速運(yùn)動條件下的特殊情形。故A錯(cuò)誤。B、根據(jù)狹義相對論的相對性原理，在不同的參考系中，測量的物體的長度不一定相同。故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，真空中光速在不同的慣性參考系中是相同的。故C錯(cuò)誤。D、根據(jù)狹義相對論的相對性原理，運(yùn)動物體的質(zhì)量：m＝知，物體運(yùn)動時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量，物體的速度越大，其質(zhì)量也越大。故D正確。故選：D。2．【解答】解：A、B、D、根據(jù)愛因斯坦相對論可知，地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了。故A正確，B錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤。C、運(yùn)動是相對的，火箭上的人員觀察到火箭的長度不變而時(shí)間進(jìn)程也不變。故C錯(cuò)誤。故選：A。3．【解答】解：根據(jù)愛因斯坦相對論，在任何參考系中，光速不變，即光速不隨光源和觀察者所在參考系的相對運(yùn)動而改變。所以B觀測到該光束的傳播速度為1.0c，所以ABD錯(cuò)誤，C正確。故選：C。4．【解答】解：A、波長越長，越容易發(fā)生衍射，故利用紅外線進(jìn)行遙感是因?yàn)槠洳ㄩL長，易于發(fā)生衍射現(xiàn)象；故A錯(cuò)誤；B、根據(jù)狹義相對論的基本原理可知：一切物理規(guī)律在不同的慣性參考系中都相同，故B錯(cuò)誤；C、α射線是核原子核，β射線是電子流，而γ射線是電磁波，故C錯(cuò)誤；D、真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源、觀察者間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系，故D正確。故選：D。5．【解答】解：A、根據(jù)相對論，質(zhì)量隨著速度的增大而增大；故A錯(cuò)誤；B、尺縮效應(yīng)：在尺子長度方向上運(yùn)動的尺子比靜止的尺子短，當(dāng)速度接近光速時(shí)，尺子縮成一個(gè)點(diǎn)。故B錯(cuò)誤；C、鐘慢效應(yīng)：運(yùn)動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運(yùn)動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時(shí)，鐘就幾乎停止了；故C正確；D錯(cuò)誤；故選：C。6．【解答】解：A、根據(jù)相對論，有運(yùn)動延遲效應(yīng)和長度縮短效應(yīng)，故在地面附近有一高速飛過的火箭，地面上的人觀察到火箭變短了，火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了。故ABC正確；D、根據(jù)狹義相對論公式m＝中可知，物體的質(zhì)量與運(yùn)動的速度有關(guān)。故D錯(cuò)誤。本題選擇不是相對論的內(nèi)容的，故選：D7．【解答】解：A、甲、乙兩人速度均相對于同一參考系，現(xiàn)以甲為參考系，則原參考系相對于甲以0.6c的速度向右運(yùn)動，乙相對于原參考系以0.8c的速度向右運(yùn)動，則甲、乙的相對速度v＝，故A錯(cuò)誤。B、因?yàn)樯砀叻较蚺c他們的運(yùn)動方向垂直，所以兩人看到對方的身高不變，故B錯(cuò)誤。C、根據(jù)相對論的尺縮效應(yīng)，甲觀察到乙所乘的飛船變短，故C正確。D、根據(jù)相對論的鐘慢效應(yīng)，可知甲觀察到乙所帶的鐘表顯示時(shí)間變慢，故D錯(cuò)誤。故選：C。8．【解答】解：根據(jù)公式△t＝可知，相對于觀察者的速度v越大，其上的時(shí)間進(jìn)程越慢，C時(shí)鐘相對于觀察者的速度最大，所以C走的最慢．地面上的鐘A的速度v＝0，它所記錄的兩事件的時(shí)間間隔最大，即地面上的鐘走得最快，故A正確，BCD錯(cuò)誤；故選：A。9．【解答】解：圓形從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上運(yùn)動，根據(jù)相對論尺縮效應(yīng)可知，沿x軸方向長度縮短，而沿y軸方向長度不變，則其形狀變成C圖所示的形狀，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選：C。10．【解答】解：根據(jù)相對論效應(yīng)可知，沿x軸方向正方體邊長縮短，而沿y軸方向正方形邊長沒有改變，則其形狀變成長方體，故D正確，ABC錯(cuò)誤。故選：D。11．【解答】解：A、在國際單位制中力學(xué)有三個(gè)基本單位：m、kg、s，根據(jù)牛頓第二定律F＝ma可知力的單位為：1N＝1kg?m/s2，可知牛頓為國際單位制中的導(dǎo)出單位，故A錯(cuò)誤；B、在研究原子核結(jié)構(gòu)時(shí)，雖然原子核很小，但原子核的形狀與大小不能忽略不計(jì)，否則就沒有“結(jié)構(gòu)”，所以不能可把原子核看作質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；C、火車拐彎時(shí)做圓周運(yùn)動，靠重力和支持力的合力提供向心力，彎道處設(shè)計(jì)成外軌高內(nèi)軌低，目的是減輕輪緣與軌道間的側(cè)向擠壓，故C正確；D、“和諧號”動車組高速行駛時(shí)，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，則不會出現(xiàn)沿車廂長度明顯變短的現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。故選：C。12．【解答】解：根據(jù)相對性長度的公式：L＝，L0為在相對靜止參考系中的長度，L為在相對運(yùn)動參考系中的長度。地面上測得它們相距為L，是以地面為參考系，飛船的速度是v，二者相對是運(yùn)動的；而A測得的長度是以飛船A為參考系，B相對于A是靜止的，屬于靜止參考系的長度L0，所以大于L。故選：A。二．填空題（共9小題）13．【解答】解：根據(jù)愛因斯坦相對論，在任何參考系中，光速不變，即光速不隨光源和觀察者所在參考系的相對運(yùn)動而改變。所以乙觀測到該光束的傳播速度為c；根據(jù)愛因斯坦相對論觀點(diǎn)得：t＝，可知：t＞t0，即地面上的觀察者發(fā)現(xiàn)甲的手表示數(shù)比乙的手表示數(shù)變化慢了。故答案為：c；慢了。14．【解答】解：地面上的人以地面為參考系，光向前向后傳播的速度相等，某光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁和后壁，向前傳播的路程與向后傳播的路程相同，由于火車向前運(yùn)動，所以點(diǎn)光源的到火車的前面的距離??；車廂中的人認(rèn)為，車廂是個(gè)慣性系，光向前向后傳播的速度相等，點(diǎn)光源的到火車的前面的距離小，閃光先到達(dá)前壁．故答案為：前壁；相等15．【解答】解：經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為：時(shí)間和空間是獨(dú)立于物體運(yùn)動而存在的，相對論認(rèn)為同一過程的位移和時(shí)間是相對的，在不同參考系中測量出的位移和時(shí)間不同；故答案為：物體運(yùn)動，不同．16．【解答】解：根據(jù)愛因斯坦的相對論的尺縮效應(yīng)，看到宇宙飛船寬度的長度減小，但寬度不變；根據(jù)愛因斯坦狹義相對論，運(yùn)動具有延時(shí)效應(yīng)，故參考系高速運(yùn)動的物體上的時(shí)間進(jìn)程變慢，地面上鐘較快。故答案為：等于地面上鐘較快17．【解答】解：根據(jù)多普勒效應(yīng)，遙遠(yuǎn)的超新星以速度v遠(yuǎn)離地球觀察者，則地球觀察者測量的星系光譜波長大于超新星發(fā)出光譜波長；根據(jù)相對論原理，地球觀察者觀測到的時(shí)間：t＝＞t0．即時(shí)間變慢．故答案為：＞，＜18．【解答】解：根據(jù)相對論原理中的“尺縮效應(yīng)”可知，在行進(jìn)的火車車廂中測站臺上的兩根柱子之間的距離小于靜止時(shí)兩根柱子之間的距離。故答案為：小于。19．【解答】解：當(dāng)列車以接近光速行駛，電線桿相對于列車的速度也接近光速，根據(jù)愛因斯坦相對論效應(yīng)可知，相鄰電線桿間距離將要縮短，而車上的乘客觀測車廂的長度不變，則車廂長度大于相鄰電線桿間距離；同理，軌道旁靜止的觀察者觀測到列車以接近光速行駛，根據(jù)愛因斯坦相對論效應(yīng)可知，車廂長度要縮短，而相對于觀察者靜止的相鄰電線桿間距離不變，則車廂長度小于相鄰電線桿間距離。故答案為：大于；小于。20．【解答】解：車廂中的人認(rèn)為，車廂是個(gè)慣性系，光向前向后傳播的速度相等，光源在車廂中央，閃光同時(shí)到達(dá)前后兩壁。地面上人以地面是一個(gè)慣性系，光向前向后傳播的速度相等，向前傳播的路程長些，故到達(dá)前壁的時(shí)刻晚些。由相對論原理可知，地面上人看到的車廂的長度比靜止時(shí)要短。即觀測到的宇航艙前后壁間距離小于2L。故答案為：不是；＜。21．【解答】解：根據(jù)相對論長度公式：，可知，飛船駕駛員觀測到地球、月球兩點(diǎn)距離小于地面上人觀測的距離，即L＜L0；根據(jù)位移與速度的比值，則時(shí)間為：，而船駕駛員測量地球、月球兩點(diǎn)時(shí)間是：，所