2025年高職物理學（相對論）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______一、選擇題（總共10題，每題3分，每題給出的四個選項中，只有一項符合題目要求，請將正確選項的序號填在題后的括號內）1.關于狹義相對論的兩個基本假設，下列說法正確的是（）A.在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B.在不同的慣性參考系中，力學規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣C.真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的D.真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差異的2.一觀察者測得運動著的米尺長0.5m，則此米尺以速度多少接近觀察者（）A.0.8cB.0.9cC.0.95cD.0.99c3.關于時間和空間，在經(jīng)典力學中認為（）A.時間和空間是絕對的，與物質的存在和運動無關B.時間和空間與物質的運動狀態(tài)有關C.時間和空間是相對的D.時間是相對的，空間是絕對的4.一艘宇宙飛船相對地球以0.8c的速度飛行，一光脈沖從船尾傳到船頭。飛船上的觀察者測得飛船長為90m，地球上的觀察者測得光脈沖從船尾發(fā)出和到達船頭兩個事件的空間間隔為（）A.90mB.54mC.270mD.150m5.一宇航員要到離地球為5光年的星球去旅行。如果宇航員希望把這路程縮短為3光年，則他所乘的火箭相對于地球的速度應是（）A.0.5cB.0.6cC.0.8cD.0.9c6.關于相對論質量，下列說法正確的是（）A.物體的質量是不變的B.物體的質量隨速度的增大而增大C.物體的質量隨速度的增大而減小D.物體的質量與速度無關7.一個靜止質量為m0的粒子，以0.8c的速度運動時，它的質量為（）A.m0B.1.67m0C.2m0D.0.6m08.相對論中，時間延緩效應表明（）A.運動的時鐘變快B.運動的時鐘變慢C.靜止的時鐘變快D.靜止的時鐘變慢9.一飛船以0.6c的速度離開地球，若地球上測得飛船長度為100m，那么飛船上測得地球的長度為（）A.100mB.80mC.125mD.60m10.當粒子的速度為（）時，粒子的相對論動量等于非相對論動量的2倍。A.0.5cB.0.866cC.0.75cD.0.9c二、填空題（總共5題，每題4分，請把答案填在題中的橫線上）1.狹義相對論的兩個基本假設是____________________和____________________。2.設火箭相對于地面以速度v=0.6c飛行，火箭上的人以速度u'=0.5c向前發(fā)射一枚導彈，則地面上的人測得導彈的速度為__________。3.靜止質量為m0的粒子，以速度v運動時，其動能Ek=__________。4.一觀察者測得運動著的電子質量為靜止質量的2倍，則電子的運動速度為__________。5.長度收縮效應表明，運動的物體在運動方向上的長度比靜止時__________。三、簡答題（總共3題，每題10分）1.簡述狹義相對論中同時的相對性。2.說明相對論質量公式的意義。3.闡述時間延緩效應及其產(chǎn)生的原因。四、計算題（總共2題，每題15分）1.一短跑運動員在地球上以10s的時間跑完100m。在飛行速度為0.98c的飛船中的觀察者看來，這個運動員跑了多長時間和多長距離？2.靜止質量為m0的粒子，經(jīng)過加速器加速后，以速度v=0.8c運動，求此時粒子的質量和動能。五、材料分析題（總共1題，20分）閱讀以下材料：有一對孿生兄弟A和B，A留在地球上，B乘宇宙飛船以接近光速的速度去星際旅行。當B返回地球時，按照相對論的時間延緩效應，B發(fā)現(xiàn)A比自己老了許多。但從B的角度看，A也在相對自己運動，根據(jù)相對性原理，A也應該比自己年輕。這就產(chǎn)生了所謂的“雙生子佯謬”。請分析：1.“雙生子佯謬”產(chǎn)生的原因是什么？2.如何解釋“雙生子佯謬”，說明為什么實際上B比A年輕。1.AC2.B3.A4.C5.C6.B7.B8.B9.B10.B1.狹義相對性原理；光速不變原理2.0.88c3.mc2-m0c24.0.866c5.短1.同時的相對性指在一個慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一個相對此慣性系運動的慣性系中觀察，并不一定是同時發(fā)生的。例如，在地面上看來同時發(fā)生的兩個閃電，在相對地面運動的火車上的觀察者看來，這兩個閃電并不是同時發(fā)生的。這是因為時間和空間是相互關聯(lián)的，在不同的慣性系中，時間的流逝和空間的測量會有所不同。2.相對論質量公式m=m0/√(1-v2/c2)，表明物體的質量隨速度的增加而增大。當物體的速度v接近光速c時，質量m會趨近于無窮大。這意味著要使物體加速到光速是不可能的，因為隨著速度的增加，所需的能量也會趨于無窮大。相對論質量公式揭示了質量與速度之間的內在聯(lián)系，是相對論力學的重要基礎。3.時間延緩效應是指運動的時鐘比靜止的時鐘走得慢。在一個相對地面運動的慣性系中，時間的流逝會變慢。產(chǎn)生的原因是由于時間和空間的相對性，在不同的慣性系中，時空的測量是不同的。當物體運動時，其所在的慣性系中的時間和空間會發(fā)生變化，導致時間延緩。具體來說，運動的物體相對于靜止的觀察者，其時間間隔會變長，就好像時鐘變慢了一樣。1.首先求地球上觀察者測得運動員的速度v=100m/10s=10m/s。飛船中的觀察者測得運動員的速度v'=(v-u)/(1-vu/c2)，這里u=0.98c，v=10m/s，代入可得v'≈0.98c。運動員跑的時間t'=100m/v'=100m/(0.98c)≈3.4×10??s。運動員跑的距離L=v't'=0.98c×3.4×10??s≈100m。2.粒子質量m=m0/√(1-v2/c2)，v=0.8c，代入可得m=m0/√(1-0.82)=5m0/3。粒子動能Ek=mc2-m0c2=5m0c2/3-m0c2=2m0c2/3。1.“雙生子佯謬”產(chǎn)生的原因是對相對性原理的片面理解。在狹義相對論中，相對性原理是指物理規(guī)律在所有慣性系中都是相同的，但這并不意味著所有慣性系都是完全等價的。在“雙生子佯謬”中，A始終處于慣性系中，而B經(jīng)歷了加速、減速等非慣性系的過程。2.解釋“雙生子佯謬”：B乘