[推荐学习]2017_2018学年高中物理第6章相对论与天体物理章末小结与测评教学案鲁科版选修3_4
高中物理 第6章 相对论与天体物理 第3节 广义相对论初步 第4节探索宇宙自我小测 鲁科版选修3-4
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第3节广义相对论初步第4节探索宇宙1．惯性质量m i和引力质量m g的关系是( ）A．m i＝m g B．m i＞m gC．m i＜m g D．无法确定2．关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是（）A．宇宙起源于一个特殊的点,这个点大爆炸是空间的开始B．宇宙起源于一个特殊的点,这个点爆炸之前时间已经存在C．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止D．宇宙起源的“奇点”温度无穷低，密度无穷大3．在适当的时候,通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光( ）A．经太阳时发生了衍射B．可以穿透太阳及其他障碍物C．在太阳引力场作用下发生了弯曲D．经过太阳外的大气层时发生了折射4．下列说法正确的是（)A．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系正急速的远离我们而去B．哈勃发现的“红移”现象说明地球是宇宙的中心C．“新星”和“超新星”是刚刚产生的恒星D．“超新星”和“新星"的产生说明恒星正在不断灭亡5．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动,一束光垂直于运动方向在飞船内传播,下列说法中正确的是（）A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的6．以下说法中错误的是( )A．矮星表面引力很强B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些C．在引力场越弱的地方，物体的长度越短D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移7．广义相对论建立之后，爱因斯坦提出了三项实验检验：____________、____________、____________。
高中物理 第6章 相对论与天体物理 第1节 牛顿眼中的世界 第2节 爱因斯坦眼中的世界教师用书 鲁科版选修3-4
第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界[先填空]1．经典力学的相对性原理通过任何力学实验，都不可能发现惯性系是处于绝对静止状态，还是做匀速直线运动．也就是说，不可能通过力学实验测得惯性系的绝对速度．这表明，力学规律在任何惯性系中都是相同的．这个结论称为经典力学的相对性原理．2．绝对时空观(1)在牛顿的世界里，力学规律之所以在任何惯性系中表达形式都相同，其根本原因是时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间和空间是绝对的，这就是绝对时空观．(2)绝对时间和绝对空间是经典物理学的支柱．3．寻找“以太”——迈克尔孙实验(1)19世纪的科学家认为，波是振动在介质中的传播，光速c是以太介质振动的传播速度．“以太”是绝对静止的，可看成是绝对静止的参考系，光在“以太”中朝各个方向的传播速度皆为c.(2)物理学家们设计了多种检验“以太”存在的实验，其中最著名的是迈克尔孙—莫雷实验．[再判断]1．牛顿定律在惯性系中都成立．(√)2．经典物理学认为，时间和空间是不能脱离物质而存在的．(×)3．迈克尔孙——莫雷实验寻找“以太”取得了成功．(×)[后思考]牛顿定律在任何参考系中都成立吗？【提示】 不一定．在惯性系中都成立，在非惯性系中牛顿运动定律不成立．[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为惯性系，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．经典力学相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的．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．迈克尔孙——莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的．1．下列说法正确的是( )A ．物理基本规律在所有惯性系中都是等价的B ．在真空中，光的速度与光源的运动状态无关C ．在不同的惯性系中，在不同方向上光速大小不同D ．在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同E ．经典力学规律适用于高速运动的物体【解析】 根据相对性原理知，物理规律在所有惯性系中都是等价的，A 正确；根据光速不变原理知，B 、D 正确；根据迈克尔孙——莫雷实验结果，C 错误；经典力学只适用于低速和宏观物体，E 错误．【答案】 ABD2.如图611所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m ＝5 kg 的小球，正随车厢一起以20 m/s 的速度匀速前进，现在给小球一个水平向前的F ＝5 N 的拉力作用，求经10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？图611【导学号：78510068】【解析】 对于车上的观察者：小球的初速度v 0＝0，加速度a ＝F m ＝1 m/s 210 s 时速度v 1＝at ＝10 m/s.对于地上的观察者：方法一：小球初速度v 0＝20 m/s 加速度a ＝F m ＝1 m/s 2.10 s 末速度v 2＝v 0＋at ＝30 m/s.方法二：根据速度合成法则 v 2＝v 1＋v 0＝(10＋20) m/s ＝30 m/s.【答案】 10 m/s 30 m/s惯性系与非惯性系的区分1．牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系．以匀速直线运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．2．牛顿运动定律不能成立的参考系称为非惯性系．例如，我们坐在加速的车厢里时，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋，它们向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上却没有，也就是说牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系．[先填空]1．狭义相对论的两条基本原理(1)狭义相对性原理：物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式．(2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c ，与光源的运动和观测者的运动无关．2．狭义相对论中的时间与空间(1)根据狭义相对论，“同时”不再具有绝对的意义，“同时”是相对的．运动的时钟会变慢，这就是时间延缓效应．(2)根据狭义相对论，长度与观察者的运动状态有关，运动的物体在运动方向上发生了收缩，这就是长度缩短效应．3．相对论的速度叠加(1)狭义相对论的速度叠加公式为u ＝u ′＋v 1＋vu ′c2，由该公式可推知，光速在静止参考系和运动参考系中具有相同的数值．(2)在低速世界中，物体的运动可以用经典力学来描述，而在高速世界中，物体的运动必须用相对论来描述．[再判断]1．一切客观真实的物理规律在任何惯性系中的表述形式应该完全相同．(√)2．在不同的惯性系中，在不同的方向上，光的传播速度大小是不同的．(×)3．在高速世界中，运动的时钟会变慢，而在低速世界中这种效应可以忽略．(√)[后思考]为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢？在什么情况下，相对论效应比较明显？【提示】在平时生活中，物体运动的速度都非常小，与光速c相比均可忽略，因此我们觉察不到同时的相对性，相对论的所有效应都不明显，但在参考系速度接近光速(一般都需0.9c以上)时，相对论效应就明显表现出来了．[核心点击]几个主要结论3．关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( )【导学号：78510069】A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的E．光速的大小与光源的运动和观察者的运动无关【解析】狭义相对论的基本假设有两个，分别是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理．选项A、C正确．根据光速不变原理，E正确．【答案】ACE4．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＝80km.【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．学业分层测评(十五)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．下列说法中正确的是( )A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式C．研究电子运动要用狭义相对性原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律E．牛顿定律只能用来处理低速、宏观物体的运动【解析】以牛顿运动定律为基础的经典物理学处理低速、宏观物体的运动是相当完美的，但对于高速、微观的运动就无能为力了．显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决；电子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用狭义相对论原理来解决．故A、C正确，B、D错误．牛顿定律只适用于低速宏观物理的运动，E正确．【答案】ACE2．如果牛顿运动定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，则在参考系B中( )A．牛顿运动定律也同样成立B．牛顿运动定律不能成立C．A和B两个参考系中，一切物理定律都是相同的D．参考系B也是惯性参考系E．力学规律在不同的惯性系中是不同的【解析】参考系A是惯性参考系，而参考系B相对于A做匀速直线运动，因而参考系B也是惯性参考系，D正确；根据狭义相对论原理知，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的，A、C正确，B、E错误．【答案】ACD3．在狭义相对论中，下列说法正确的是( )【导学号：78510070】A．所有惯性系中基本规律都是等价的B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关C．在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态的改变而改变E．时间与物体的运动状态有关【解析】根据相对论的观点：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；且在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态的改变而改变．故正确选项为A、B.在狭义相对论中，时间与物体的运动状态有关，E正确．【答案】ABE4．判断下面说法中正确的是( )A．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向前发出的光，对地速度一定比c大B．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向后发出的光，对地速度一定比c小C．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上沿垂直于速度方向发出的光对地速度为c D．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向任一方向发出的光对地速度都为cE．“嫦娥三号”发出光的速度与其运动状态无关【解析】根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：真空中的光速相对于卫星的速度为c，相对于地面的速度也为c，对不同的惯性系是相同的，因此C、D、E正确，A、B错误．【答案】CDE5．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 ．火箭上的人观察到地面物体长度变小，时间进程变慢了E ．火箭上的人观察到地面物体长度变大，时间进程变慢了【解析】 由表达式Δt ＝Δt ′1－v c 2，可知Δt ＞Δt ′，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，我们观察到的物理过程所经历的时间越长．【答案】 BCD6．宇宙飞船相对于地面以速度v 做匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光信号，经过Δt (飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为________．【解析】 根据光速不变原理及运动学公式，飞船的长度为速度与时间之积．【答案】 c ·Δt7．如图612所示，a 、b 、c 为三个完全相同的时钟，a 放在水平地面上，b 、c 分别放在以速度v b 、v c 向同一方向飞行的两火箭上，且v b ＜v c ，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为________．图612【解析】 根据公式Δt ＝Δt ′1－v c 2可知，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢，由v c ＞v b ＞v a ＝0知c 钟走得最慢．【答案】 c[能力提升]8．一张正方形的宣传画，正贴在铁路旁的墙上，一高速列车驶过时，在车上的司机看来这张宣传画变成了什么样子？【导学号：78510071】【解析】 取列车为惯性系，宣传画相对于列车高速运动，根据尺缩效应，宣传画在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化．【答案】 宣传画变成了长方形，此画的高度不变，宽度变窄了10．如图613所示，两艘飞船A 、B 沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v (v 接近光速c )．地面上测得它们相距为L ，则A 测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L .当B 向A 发出一光信号，A 测得该信号的速度为________．图613【解析】 根据相对论原理，当物体运动速度接近光速时，空间距离会变短，A 与B 是相对静止的，但相对于地球却以接近光速的速度在飞行，故在地面上测得的距离会比较短，而在飞船上测得的距离会比较长．根据相对论的光速不变原理，A 测得信号的速度为光速．【答案】 大于 光速11．有一太空船以0.8c 的速度飞越“月球太空站”．一科学家在月球上量得运动中的太空船长度为200 m ，此太空船最后在月球上登陆，此科学家再度测量静止的太空船的长度，他测量的结果如何？【解析】 在月球上测得运动的飞船的长度为l ，静止飞船的长度为l 0，依据狭义相对论的长度收缩效应关系式，有l ＝l 0 1－v c 2 所以l 0＝lc c 2－v 2＝200c c 2－0.82c 2m≈333 m. 【答案】 333 m12．一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90 m ，相对地面以u ＝0.8c 的速度在一观测站的上空飞过．(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)航天员测得船自身通过观测站的时间间隔是多少？【解析】 (1)观测站测得船身的长度为L ＝L 01－u 2c 2＝901－0.82 m ＝54 m ，通过观测站的时间间隔为Δt ＝L u ＝54 m 0.8c ＝2.25×10－7 s. (2)航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt ′＝L 0u ＝90 m 0.8c＝3.75×10－7 s. 【答案】 (1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s。
2017_2018学年高中物理第六章相对论章末整合提升课件教科版选修3_4
二、质速关系和质能方程 爱因斯坦的质能方程揭示了物质与运动的不可分割的属 性，即一定的能量与相应的质量相联系，切不可理解为质 量转化为能量．
【例3】
一个静止的电子被电压为106 V的电场加速后，其质
量为多少？速率为多大？
解析
Ek＝eU＝1.6×10－19×106 J＝1.6×10－13 J，
章末整合提升
一、时间和空间的相对性
1．与运动的惯性系相对静止的人认为两个事件时间间隔为 τ0， 地面观察者测得的时间间隔为 τ，则两者之间关系为 τ＝ τ0 u 1－ 2 c
2.
2．设尺子的固有长度为 l0，观察者与被测物体有相对运动时， 尺子的长度为 l，则有 l＝l0 u2 1－ 2 ，即沿运动方向上的长 c
网络构建
分类突破
一、为什么要大力培育新型职业农民 二、什么是新型职业农民 三、如何加快培育新型职业农民
网络构建
分类突破
一、为什么要大力培育新型职业农民
（一）深刻背景
◆农村劳动力持续转移 , “人走村空”问题愈演
愈烈 2012 年我国农民工数量达到 2.6 亿，每年新 增900-1000万。
四川抽样调查：
推动城乡发展一体化的基本力量。
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分类突破
一、为什么要大力培育新型职业农民
◎国务院常务会议：要采取有效措施，使一部分年轻人愿意 在农村留下来搞农业，培养和稳定现代农业生产队伍。
◎中央经济工作会议、中央农村工作会议：要稳定完善强农
惠农富农政策，充分保护和调动农民生产经营积极性， 使务农种粮有效益、不吃亏、得实惠。
◎2013年中央一号文件：农村劳动力大量流动，农户兼业化、
2017-2018学年高中物理第6章相对论与天体物理章末小结与测评教学案鲁科版(2021年整理)
2017-2018学年高中物理第6章相对论与天体物理章末小结与测评教学案鲁科版(word版可编辑修改)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017-2018学年高中物理第6章相对论与天体物理章末小结与测评教学案鲁科版(word版可编辑修改)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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第6章相对论与天体物理狭义相对论狭义相对论的基本原理。
(1）狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学)等对于所有惯性系都具有相同的形式。
（2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关.(3)时间的相对性：运动的时钟变慢：Δt＝错误!。
（4）长度的相对性:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比静止时的长度小。
公式为l ＝l0错误!。
(5)相对论的速度叠加:u＝错误!1．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,5.0 s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，向西为正向，则s系相对s′系的速度v＝0。
60c,彗星相对s系的速度u x＝0。
80c，由速度变换可得u x′＝错误!＝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有Δt＝错误!＝5.0 s解得Δt′＝4。
高中物理 第六章 万有引力与航天章末小结课件 新人教版必修2
(2)变轨运行分析 当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机 或空气阻力作用)，万有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨 运行。 ①当 v 增大时，所需向心力 mvr2增大，即万有引力不足以 提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半
径变大，但卫星一旦进入新的轨道运行，由 v＝ 行速度要减小。
(1)求人造卫星绕地球转动的角速度； (2)若某时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方，求它下次 通过该建筑物上方需要的时间。
解析：(1)地球对卫星的万有引力提供其做圆周运动的向心
力 GMr2m＝mω2卫r， 地球表面附近的重力加速度 GMRm2 ＝mg，
把 r＝2R 代入，得 ω 卫＝ 8gR。 (2)到卫星下次通过该建筑物上方时，卫星比地球多转 2π
解析：对于两星有共同的周期 T，由牛顿第二定律得 GRm1＋1mR222＝m14Tπ22R1＝m24Tπ22R2，所以两星的质量之比 m1∶m2 ＝R2∶R1，C 正确；由上式可得 m1＝4π2R2GRT12＋R22，m2＝ 4π2R1GRT12＋R22，D 正确，A 错误；m1＋m2＝4π2RG1T＋2 R23，B 正确。故正确答案为 B、C、D。
弧度，所需时间 t＝ω卫2－π ω＝
2π 。 8gR－ω
答案：(1)
g 8R (2)
2π 8gR－ω
二、卫星的在轨运行和变轨问题 1．卫星的轨道 (1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内。同步卫星就是其 中的一种。 (2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的 平面内。如定位卫星系统中的卫星轨道。 (3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道。 2．卫星的稳定运行与变轨运行分析 (1)圆轨道上的稳定运行 GMr2m＝mvr2＝mrω2＝mr(2Tπ)2
高中物理第6章相对论与天体物理第2讲广义相对论初步探索宇宙学案鲁科版选修3_40128396.docx
第2讲广义相对论初步探索宇宙[目标定位] 1.了解广义相对论的基本原理.2.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据.3.了解宇宙起源与宇宙内部构成．一、广义相对论初步1．广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性系)中物理规律都是相同的．(2)等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分．2．广义相对论的时空结构(1)引力的存在对时间的影响：在引力场中，时钟变慢．(2)引力的存在对空间的影响：引力的存在会使空间变形，在引力方向上，空间间隔不变．在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲．3．广义相对论的实验检验(1)水星近日点的进动爱因斯坦用广义相对论引力场方程，经过复杂的数学运算，得出水星近日点的进动还应有每百年43.03″的附加值，这是时空弯曲对平方反比律的修正引起的．(2)光线在引力场中发生弯曲．(3)引力红移现象引力场的存在使原子在太阳表面附近发出的光比同类原子在地球表面附近发出的光，波长长、频率偏低、颜色偏红．(4)雷达回波延迟：从地球上发出的雷达信号．经太阳附近到达某一星球后再反射回地球，传播时间会有所延迟．二、探索宇宙1．宇宙的起源宇宙起源于一个“奇点”，在该奇点，温度为无穷大，物质密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低，大约经历了150亿年，形成了我们今天的宇宙．2．宇宙里有什么宇宙中有众多由恒星组成的星系，天穹上大多数光点是银河系中的恒星，太阳是银河系中的一颗恒星．在太阳系中除了八大行星外还有几十颗卫星、众多小行星、难以计数的彗星和流星体等.对广义相对论的理解1．广义相对性原理与狭义相对性原理并不相同．狭义相对性原理仅适用于惯性系，而广义相对性原理适用于一切参考系．2．光线在引力场中弯曲，以及引力红移现象都是在引力场很强的情况下产生的效应．3．光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象，在我们的日常生活中仍然成立．例1下列说法中正确的是( )A．在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理B．在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿定律仅适用于惯性参考系C．一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理D．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理解析根据广义相对论基本原理可知，选项A、D正确．答案AD例2下列说法中正确的是( )A．物质的引力使光线弯曲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解析从广义相对论的两个基本假设可以得出：物质的引力使光线弯曲；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，如在矮星表面的引力很强，那里的时间进程变慢，从而导致引力红移，所以正确的选项为A、C、D.答案ACD对广义相对论的理解1．广义相对论的两条基本原理分别如下，广义相对性原理：____________________________；等效原理：______________________________.答案在任何参考系中，物理规律都是相同的一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价2．在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光( ) A．经太阳时发生了衍射B．可以穿透太阳及其他障碍物C．在太阳引力场作用下发生了弯曲D．经过太阳外的大气层时发生了折射解析根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确．答案 C3．下列说法中正确的是( )A．万有引力可以用狭义相对论作出正确的解释B．电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架答案BCD4．关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是( )A．它们之间没有任何联系B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论解析狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．答案 D5．下列说法中，正确的是( )A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B．强引力作用可使光谱线向红端偏移C．引力场越强的位置，时间进程越快D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的解析由广义相对论可知：物质的引力使光线弯曲，因此选项A、D是正确的；在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象，所以选项B正确，C错误．答案ABD6．若宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系，当他发现飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底，由此，他作出如下判断中，正确的说法是( )A．此飞船一定是停在某个星球的表面上B．此飞船一定是正在远离任何天体的空间加速飞行C．此飞船可能是停在某个星球的表面上，也可能是正在远离任何天体的空间加速飞行D．此飞船可能在远离任何天体的空间中匀速飞行答案 C。
高中物理第6章相对论与天体物理第1讲牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界学案鲁科版选修3_40128394.docx
第1讲 牛顿眼中的世界 爱因斯坦眼中的世界[目标定位] 1.知道经典力学的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设.2.知道狭义相对论的几个主要结论.3.了解绝对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.4.知道相对论速度变换公式．一、牛顿眼中的世界 1．经典力学的相对性原理(1)经典力学的相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的． (2)惯性系：处于静止或匀速直线运动状态的物体． 2．绝对时空观(1)绝对时空观：时间和空间是绝对的．(2)绝对时间：“同时”是绝对的，时间也是绝对的，时间永远均匀地流逝着，与物质无关，与运动无关．(3)绝对空间：宇宙中存在一个绝对静止的惯性参考系，力学规律首先应当能在这个参考系中准确地陈述，这个绝对静止的惯性系与时间无关，永恒不变，它可以脱离物质独立存在． 二、爱因斯坦眼中的世界 1．狭义相对论的两条基本原理(1)狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有惯性系都具有相同的形式． (2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c ，与光源的运动和观测者的运动无关．2．狭义相对论中的时间与空间 (1)同时是相对的①狭义相对论中的“同时”不再具有绝对的意义，不同惯性参考系的观察者对两个事件是否“同时”发生的回答可能是不同的，这与观察者所在参考系的运动有关，即“同时”是相对的．②时间延缓效应同一个物理过程，乘客测得时间为Δt ′，站台上的观察者测得的时间为Δt ，则Δt ′与Δt 的关系为：Δt ＝Δt′1－v 2c2(2)长度是相对的①在狭义相对论时空观中，长度也与观察者的运动状态有关． ②长度缩短效应地面观察者测得的长度为l ，相对观察者静止时测得的长度为l 0，则l ＝l 01－v 2c2 3．相对论的速度叠加狭义相对论的速度叠加公式为u ＝u ′＋v1＋vu ′c2u 是物体相对静止参考系的速度，v 是运动参考系相对静止参考系的速度，u ′是物体相对运动参考系的速度．一、对狭义相对论的理解1．各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵从的物理规律是相同的． 2．光速不变原理强调真空中的光速不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系． 3．狭义相对论中的“同时”相对性、运动的时钟变慢、长度的收缩等效应只有在高速运动的情况下才会有明显的观测结果，在低速世界(v ≪c )中这些效应可以忽略． 例1 如图1所示，考虑几个问题：图1(1)如图所示，参考系O ′相对于参考系O 静止时，人看到的光速应是多少？ (2)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)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 根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是c . 答案 (1)c (2)c (3)c 二、时间和空间的相对性向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )图2A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断解析因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮．答案 C例3在一飞船上测得飞船的长度为100m，高度为10m．当飞船以0.6c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？解析因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原高度10m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应有l ＝l01－⎝⎛⎭⎪⎫vc2＝100×1－⎝⎛⎭⎪⎫0.6cc2m＝80m.所以测量的飞船的高度和长度分别为10m、80m.答案测量的飞船的高度和长度分别为10m、80m.三、对相对论速度变换公式的理解设参考系相对地面的运动速度为v，参考系中的物体以速度u′沿参考系运动的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度u＝u′＋v1＋u′vc2.1．当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的u′取负值．2．若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用．3．由公式可知：u 一定比u ′＋v 小，但当u ′和v 都比c 小得多时，可认为u ＝u ′＋v ，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加．4．当u ′＝v ＝c 时，u ＝c ，证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理． 例4 一粒子以0.05c 的速率相对实验室参考系运动．此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c ，电子的衰变方向与粒子运动方向相同．求电子相对于实验室参考系的速度．解析 已知v ＝0.05c ，u ′＝0.8c . 由相对论速度叠加公式得u ＝u ′＋v 1＋u ′v c2＝(u ′＋v )c 2c 2＋u ′v ，u ＝(0.8c ＋0.05c )c 2c 2＋0.8c ×0.05c ≈0.817c . 答案 0.817c对狭义相对论的理解1．关于狭义相对论，下列说法不正确的是( )A ．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B ．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c ，与光源的运动无关C ．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D ．狭义相对论任何情况下都适用解析 根据狭义相对论的基本假设可知，选项A 、B 正确；狭义相对论只涉及惯性参考系，不涉及非惯性参考系，选项D 错误，选项C 正确． 答案 D时间和空间的相对性2．如图3所示，A 、B 、C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、C 分别放在以速度v B 和v C 朝同一方向飞行的两枚火箭上，且v B ＜v C .地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？图3解析 地面上的观察者认为C 钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大．根据公式Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢；由Δt ＝Δt ′1－v 2c2知Δt ′<Δt ，故地面上的钟走得最快．答案 火箭C 上的时钟走得最慢，地面上的钟走得最快3．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了．一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90m ，相对地面以u ＝0.8c 的速度在一观测站的上空飞过． (1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？ 解析 (1)观测站测得船身的长度为L ＝L 01－u 2c2＝901－0.82m ＝54m ， 通过观测站的时间间隔为Δt ＝L u ＝540.8c＝2.25×10－7s.(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt ′＝L 0u ＝900.8c＝3.75×10－7s.答案 (1)2.25×10－7s (2)3.75×10－7s4．一高能加速器沿相反方向射出两个质点，速度均为0.6c ，则它们的相对速度是多少？ 解析 以其中任意一个质点为运动参考系，要求的就是另一个质点在该运动参考系下的运动速度u ′.由题意知，运动参考系相对静止参考系的速度v ＝0.6c ，质点相对于静止参考系的速度u ＝－0.6c .根据相对论的速度叠加公式u ＝u ′＋v1＋u ′v c2，可知－0.6c ＝u ′＋0.6c1＋u ′·0.6c c2.可解得u ′≈－0.88c，即该质点相对于运动参考系(另一质点)的速度大小为0.88c . 答案0.88c(时间：60分钟)题组一经典的相对性原理1．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有( )A．停在地面上的汽车B．绕地球做匀速圆周运动的飞船C．在大海上匀速直线航行的轮船D．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车答案 B2．根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论( )A．力学规律在任何惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动答案AC题组二狭义相对论3．关于狭义相对论的两个假设，正确的是( )A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的解析根据狭义相对论的两个基本假设，A、C正确．答案AC4．设某人在速度为0.5c飞行的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是( ) A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析由爱因斯坦的狭义相对论可得，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．答案CD5．下列几种说法：(1)所有惯性系统对物理基本规律都是等价的．(2)在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．(3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．关于上述说法( )A．只有(1)(2)是正确的B．只有(1)(3)是正确的C．只有(2)(3)是正确的D．三种说法都是正确的解析狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即(1)(2)都是正确的．光速不变原理认为：光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的，(3)正确，故选D.答案 D题组三时间和空间的相对性6．有两辆较长的火车A和B，火车A静止不动，中央有一个光源，在某时刻发出一个闪光．火车B以一较大的速度在平行于火车A的轨道上匀速运动，如图1所示．关于火车A和火车B 上的观察者观察到的现象，下列说法正确的是( )图1A．火车A上的观察者看到闪光先到达火车A的前壁B．火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁C．火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁D．火车B上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁解析由于火车A静止，光源发出的光传播到前、后壁的距离相同，所以火车A上的观察者看到闪光同时到达火车A的前、后壁，选项A错误，选项B正确；火车B上的观察者感到火车A的前、后壁到光源的距离不同，而光速不变，所以火车B上的观察者看到闪光不同时到达火车A的前、后壁，选项D错误，选项C正确．答案BC7．下列说法中不正确的是( )A．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，这是经典物理学家的观点B．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小C．一条杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了解析若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变，选项C不正确．答案 C8．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )A．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高解析 取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D. 答案 D9．用相对论的观点判断下列说法，其中正确的是( )A ．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B ．在地面上看，以10km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C ．在地面上的人看来，以10km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变短，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D ．当物体运动的速度v 远小于c 时，“长度收缩”和“时间膨胀”效果可忽略不计 解析 时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A ，B 错误；由l ＝l 01－(vc)2可知两处的人都感觉l ＜l 0，所以C 正确；由尺缩效应和钟慢效应公式可知，当v 远小于c 时，尺缩效应和钟慢效应都可以忽略不计，所以D 正确．答案 CD10．话说有双胞胎兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是( ) A ．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了 B ．弟弟思念哥哥而加速生长了C ．由相对论可知，物体速度越大，在其上时间进程就越慢，生理过程也越慢D ．这是神话，科学无法解释解析 根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢． 答案 C 11．甲、乙图2两人站在地面上时身高都是L 0，甲、乙分别乘坐速度为0.6c 和0.8c (c 为光速)的飞船同向运动，如图2所示．此时乙观察到甲的身高L ________L 0；若甲向乙挥手，动作时间为t 0，乙观察到甲动作时间为t 1，则t 1________t 0(均选填“＞”、“＝”或“＜”)．解析 在垂直于运动方向上长度不变，则有L ＝L 0；根据狭义相对论的时间延缓效应可知，乙观察到甲的动作时间变长，即t 1＞t 0. 答案 ＝ ＞12．如图3所示，两艘飞船A 、B 沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v (v 接近光速c )．地面上测得它们相距为L ，则A 测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L .当B 向A 发出一光信号，A 测得该信号的速度为________．图3答案 大于 c (或光速)13．相对论认为时间和空间与物质的速度有关；在高速前进中的列车的中点处，某乘客突然按下手电筒，使其发出一道闪光，该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等，都为c ，站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度________(填“相等”、“不等”)．并且，车上的乘客认为，电筒的闪光同时到达列车的前、后壁，地面上的观察者认为电筒的闪光先到达列车的________(填“前”、“后”)壁．解析 车厢中的人认为车厢是个惯性系，光向前、向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前、后两壁，地面上人认为地面是一个惯性系，光向前、向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些． 答案 相等 后题组四 相对论速度变换公式14．在高速运动的火车上，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火车运动，那么他相对地面的速度u 与u ′＋v 的关系是( ) A ．u ＝u ′＋v B ．u <u ′＋v C ．u >u ′＋v D ．以上均不正确解析 由相对论速度变换公式可知B 正确． 答案 B15．火箭以35c 的速度飞离地球，在火箭上向地球发射一束高能粒子，粒子相对地球的速度为45c ，其运动方向与火箭的运动方向相反．则粒子相对火箭的速度大小为( )A.75cB.c 5C.3537cD.5c 13解析 由u ＝v ＋u ′1＋vu ′c 2，可得－45c ＝35c ＋u ′1＋35cu ′c2解得u ′＝－3537c ，负号说明与v 方向相反．答案 C。
高中物理第六章相对论第1讲牛顿力学中运动的相对性第2讲狭义相对论的两个基本假设第3讲时间、长度的相
2017-2018学年高中物理第六章相对论第1讲牛顿力学中运动的相对性第2讲狭义相对论的两个基本假设第3讲时间、长度的相对性学案教科版选修3-4编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017-2018学年高中物理第六章相对论第1讲牛顿力学中运动的相对性第2讲狭义相对论的两个基本假设第3讲时间、长度的相对性学案教科版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第1讲牛顿力学中运动的相对性第2讲狭义相对论的两个基本假设第3讲时间、长度的相对性［目标定位］1。
了解牛顿力学中运动的相对性。
2。
了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3。
了解狭义相对论的两个基本假设。
4。
了解狭义相对论的几个主要结论.5。
了解经典时空观与相对论时空观的重要区别．一、牛顿力学中运动的相对性1．伽利略相对性原理在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，都可以用牛顿定律来描述．2．经典时空观（1)时间：反映物质运动过程的长短、久暂，常用年、月、日、时、分、秒等作为量度单位．(2）空间：代表物体的尺寸、大小,物体之间的距离等，常用光年、千米、米、毫米、微米、纳米等作为量度单位．（3）时间和空间是相互独立、互不相关的．3．伽利略速度变换公式若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v′向前跑，则人对地面的速率为v＝u＋v′；若人向车后跑时，相对地面的速率为v＝u－v′.二、狭义相对论的两个基本假设1．爱因斯坦相对性原理对不同的惯性系，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的．2．光速不变原理光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的．三、时间、长度的相对性1．同时的相对性(1）经典物理学认为：时间的测量与参考系无关，即时间测量是绝对的．(2)狭义相对论的时空观认为:在一个参考系中同时发生的两件事，在另一参考系中不同时发生,这就是同时的相对性．2．运动时钟的变慢（1)定量计算设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ0，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为τ，则τ＝错误!≥τ0，u是相对运动的观察者的速率．（2)定性描述同样的两件事，在它们发生于同一地点的参考系内所经历的时间最短；在其他参考系内观测，这段时间要长些．这一现象称为时间的相对性,也称为“动钟变慢”．3．长度的相对性(1）定量计算如果与棒相对静止的人认为棒长为l0,以速率u与棒相对运动的人认为棒长为l,则l＝l0错误!.（2）定性描述一根棒在运动时的长度总要比它静止时的长度小( 错误!＜1)．这一现象称为相对论长度收缩或洛伦兹收缩，也常通俗地称为“动棒缩短”．4．相对论时空观(1）时间和空间的量度都与物体的运动有关，是相对的．运动棒的长度的测量建立在必须同时进行观测的基础上，说明时间和空间的量度又是相互紧密联系的．(2)经典时空观是相对论时空观的特殊表现.一、对狭义相对论的理解1．各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵从的物理规律是相同的．2．光速不变原理强调真空中的光速不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系．例1关于狭义相对论，下列说法不正确．．．的是（）A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D．狭义相对论任何情况下都适用解析由狭义相对论原理可知D错误．答案D针对训练如图1所示，考虑几个问题：图1(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时,人看到的光速应是多少？（2）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）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?解析根据速度合成法则,第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c＋v，第三种情况应是c－v，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是c。
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第6章相对论与天体物理狭义相对论的基本原理。
(1)狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学)等对于所有惯性系都具有相同的形式。
(2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关。
(3)时间的相对性：运动的时钟变慢：Δt ＝Δt ′1－v 2c2。
(4)长度的相对性：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。
公式为l ＝ l 01－v 2c2。
(5)相对论的速度叠加：u ＝u ′＋v1＋vu ′c1．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，5.0 s 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，向西为正向，则s 系相对s ′系的速度v ＝0.60c ，彗星相对s 系的速度u x ＝0.80c ，由速度变换可得u x ′＝u x ＋v1＋vu x c2＝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有 Δt ＝Δt ′1－v c2＝5.0 s解得Δt ′＝4.0 s答案：(1)0.946c (2)4.0 s1(1)广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性系)中物理规律都是相同的。
(2)等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分。
2．广义相对论的时空结构——弯曲时空 (1)引力场中，时钟变慢。
(2)在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲。
2．以下说法中正确的是( )A．矮星表面的引力很强B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得慢些C．在引力场越弱的地方，物体长度越长D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移解析：因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强，A对；根据广义相对论的结论，引力场越强，时间进程越慢，在垂直引力方向上长度变短，而引力方向上没有这种效应，所以B、C错；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为引力红移，D错。
答案：A(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，每小题只有一个选项正确。
)1．关于相对论的下列说法，正确的是( )A．狭义相对论只研究力学规律B．狭义相对论只研究惯性系C．广义相对论的等效原理是指惯性系和非惯性系等效D．强引力可导致光线和空间弯曲是狭义相对论的结论解析：选B 根据狭义相对论和广义相对论的原理知，B项正确。
2．如图1所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。
假想有一列车沿AC 方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )图1A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮 D．无法判断解析：选C 因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮，答案为C。
3．坐在做匀速直线运动的公共汽车上的售票员，观察到车的前、后门是同时关上的，地面上的观察者观察到的是( )A．同时关上 B．前门先于后门关上C．后门先于前门关上 D．不能确定解析：选C 由于车是运动的，后门的光先于前门的光传至观察者，因此地面上的人先看到后门关上。
4．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运动，其内站着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )A ．这个人瘦但不高B ．这个人矮但不胖C ．这个人是个瘦高个儿D ．这个人是个矮胖子解析：选A 由狭义相对论知在运动方向上长度变短，在垂直运动方向上长度不变，故A 项正确。
5．A 、B 两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且v A ＞v B ，在飞机上的人观察结果正确的是( )A ．A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的大 B ．A 飞机上的人观察到足球场的宽度比B 飞机上的人观察到的小C ．两飞机上的人观察到足球场的长度相同D ．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同解析：选D 因为当一个惯性系的速度比较大时，根据l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2知，沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故A 、C 均错误；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，因此B 错误，D 正确。
6．设某人在速度为0.5 c 的飞船上，打开了一个光源，则下列说法正确的是( ) A ．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5 c B ．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5 cC ．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速可能小于cD ．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：选D 根据狭义相对论的基本假设“光速不变原理”可知：真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，所以真空中的光速相对于火箭的速度为c ，相对于地面的速度也为c 。
7．经典物理学家认为，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。
但在相对论理论中，对杆长度的说法中正确的是( )A ．一条沿自身长度运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小B ．一条沿自身长度运动的杆，其长度与静止时杆的长度相等C ．在垂直于自身长度方向上运动的杆，其长度小于静止时的长度D ．如果两条平行的杆在沿自身的长度方向上运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆变长了解析：选A 根据爱因斯坦的相对性原理可知在沿杆高速运动的方向上杆变短了，故A 正确，B 、D 错误；但在垂直于运动方向上杆不发生长度收缩效应，故C 错误。
8．宇宙飞船相对于地面以速度v 做匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过Δt (飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为( )A ．c ·ΔtB ．v ·ΔtC ．c ·Δt ·1－v /c2D.c Δt 1－v /c2解析：选A 根据光速不变原理及运动学公式，飞船的长度为速度与时间之积。
二、非选择题(共4小题，共52分。
解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。
有数值计算的要注明单位)9．(12分)若一宇宙飞船对地以速度v 运动，宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c ，问在地面上的观察者看来，光速应为v ＋c 吗？解析：由相对论速度叠加公式u ＝u ′＋v1＋vu ′c2，式中u ′等于c ，代入公式求得光对地速度u ＝c ＋v1＋cv c2＝c ，结果同样符合光速不变原理。
答案：在地面上的观察者看来，光速是c 不是v ＋c 。
10．(12分)“世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关。
根据爱因斯坦的理论，一把米尺，在它与观察者有不同相对速度的情况下，米尺长度是不同的，它们之间的关系如图2所示。
图2由此可知，当米尺和观察者的相对速度达到0.8c (c 为光速)时，米尺长度大约是________m 。
在日常生活中，我们无法觉察到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：由图可知，当横坐标为0.8c 时，长度为0.6 m 。
在日常生活中，观察者相对于米尺的运动速度远远小于光速或速度很小。
答案： 0.6 远远小于光速或速度很小11．(14分)假设宇宙飞船从地球射出，沿直线到达月球，距离是3.84×108m 。
它的速度在地球上被测得为0.30 c ，根据地球上的时钟，这次旅行要用多长时间？根据宇宙飞船所做的测量，地球和月球的距离是多少？怎样根据这个算得的距离，求出宇宙飞船上时钟所读出的旅行时间？解析：设地球和月球位于K 系x 轴，地球位于O 处、月球位于L 0处，飞船为K ′系，相对K 系以速度v 沿x 轴正向运动。
地球上的时钟显示的旅行时间为Δt ＝L 0/v ≈4.27 s在飞船上测量地、月距离L 时，K ′系的L 0是固有长度，由“长度收缩”效应：L ＝L 01－vc2≈3.66×108m飞船上的时钟显示的旅行时间为Δt ′＝L /v ≈4.07 sΔt ′＜Δt ，即“动钟变慢”，对于飞船而言，“离开地球”和“到达月球”两事件都发生在飞船上，所以飞船时钟显示的时间间隔是“固有时”。
答案：4.27 s 3.66×108m 4.07 s12．(14分)π＋介子是一不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在它自己参考系中测得)。
(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c 的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？ 解析：π＋介子在实验室中的寿命为 Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2＝2.6×10－81－2s ＝4.3×10－8s设粒子在衰变前，运动的距离s ＝v Δt ＝0.8×3×108×4.3×10－8 m ＝10.32 m 。
答案：4.3×10－8s 10.32 m。