2019-2020年高中物理 6.1經(jīng)典時空觀 6.2狹義相對論的兩個基本假設同步練習（含解析）新人教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 6.1經(jīng)典時空觀 6.2狹義相對論的兩個基本假設同步練習（含解析）新人教版選修3-4 1．如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做____________________相對一個慣性系做________________________的另一個參考系也是慣性系．在任何慣性系中，力學規(guī)律都是一樣的，都可以用________________來描述，這一結論稱為伽利略相對性原理． 2．經(jīng)典時空觀認為，時間和空間是恒定________的，________________的． 3．狹義相對論的兩個基本假設：(1)狹義相對性原理(愛因斯坦相對性原理)為在不同的慣性參考系中，________________________都是相同的(2)光速不變原理：________的光速在________________________________中都是相同的． 4．某地發(fā)生洪澇災害，災情緊急，特派一飛機前往，飛機在某高度做勻速直線運動，投放一包救急品，災民看到物品做曲線運動，飛行員看到物品做自由落體運動，物品剛好落到災民救濟處，根據(jù)經(jīng)典時空觀，則下列說法正確的是(　　) A．飛機為非慣性參考系 B．飛機為慣性參考系 C．災民為非慣性參考系 D．災民為慣性參考系 5．關于狹義相對論，下列說法不正確的是(　　) A．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B．狹義相對論認為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關 C．狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系 D．狹義相對論任何情況下都適用 概念規(guī)律練 知識點一　伽利略相對性原理及伽利略速度變換 1．一輛勻速行駛的汽車車廂內(nèi)，實驗者是否可以不受場地的影響，來進行用單擺測重力加速度的實驗？ 2．如圖1所示，在列車車廂的光滑水平底面上有一個質量為m＝5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進．現(xiàn)在給小球一個水平向前的F＝5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時，車廂里的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分別是多少？ 圖1 知識點二　光速不變原理 3．判斷下面說法中正確的是(　　) A．在以c沿豎直方向升空的火箭上向前發(fā)出的光，對地速度一定比c大 B．在以c沿豎直方向升空的火箭上向后發(fā)出的光，對地速度一定比c小 C．在以c沿豎直方向升空的火箭上沿水平方向發(fā)出的光對地速度為c D．在以c沿豎直方向升空的火箭上向任一方向發(fā)出的光對地速度都為c 4．考慮以下幾個問題： 圖2 (1)如圖2所示，參考系O′相對于參考系O靜止時，人看到的光速應是多少？ (2)參考系O相對于參考系O′以速度v向右運動時，人看到的光速應是多少？ (3)參考系O相對于參考系O′以速度v向左運動時，人看到的光速又是多少？ 方法技巧練 經(jīng)典相對性原理的理解技巧 5．在不同的慣性參考系中，物體的運動情況可能不同．例如在勻速行駛的車上看，座位上的人是靜止的，在地面看，座位上的人是運動的；在勻速行駛的船上看，桅桿上掉下來的物體在做自由落體運動，在岸邊看，物體在做平拋運動……它們在不同的慣性系中遵從的力學規(guī)律一樣嗎？也就是說，地面物體的運動要遵守牛頓運動定律，車上、船上的物體是否也要遵守牛頓運動定律呢？ 6．下列物體的運動服從經(jīng)典力學規(guī)律的是(　　) A．自行車、汽車、火車、飛機等交通工具的運動 B．發(fā)射導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船的運動 C．物體運動的速率接近真空中的光速 D．地球繞太陽的運動 1．下列說法中正確的是(　　) A．17世紀末期，以經(jīng)典力學、熱力學與統(tǒng)計物理學、電磁場理論為主要內(nèi)容的物理學形成了完整的科學體系 B．1632年愛因斯坦發(fā)表了《關于兩個世界體系的對話》 C．牛頓運動定律僅在慣性系中才能成立 D．力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，這個論述叫做伽利略相對性原理 2．關于牛頓力學的適用范圍，下列說法正確的是(　　) A．適用于宏觀物體 B．適用于微觀物體 C．適用于高速運動的物體 D．適用于低速運動的物體 3．通常我們把地球和相對地面靜止或勻速運動的參考系看成慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則其中屬于非慣性系的有(　　) A．停在地面上的汽車 B．繞地球做勻速圓周運動的飛船 C．在大海上勻速直線航行的輪船 D．以較大速度勻速運動的磁懸浮列車 4．根據(jù)伽利略相對性原理，可以得到下列結論(　　) A．力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 B．同一力學規(guī)律在不同的慣性系中可能不同 C．在一個慣性參照系里不能用力學實驗判斷該參照系是否在勻速運動 D．在一個慣性參照系里可以用力學實驗判斷該參照系是否在勻速運動 5．有下列幾種說法：①所有慣性系對物理基本規(guī)律都是等價的；②在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關；③在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同．關于上述說法(　　) A．只有①②是正確的 B．只有①③是正確的 C．只有②③是正確的 D．三種說法都是正確的 6.伽利略相對性原理是 _____________________________________________________________________． 7．狹義相對論的兩個基本假設是 ____________________________________________________________________； ________________________________________________________________________. 8．火箭以0.50c的速度離開地球，從火箭上向地球發(fā)射一個光信號．火箭上測得光離開的速度是c.根據(jù)經(jīng)典運動學，光到達地球時測得的速度是多少？根據(jù)狹義相對性原理呢？ 9．飛船在高空以c的速度向目標飛行，從飛船上向目標方向發(fā)射一個光信號，則在地面的觀察者看光信號的速度是1.1c嗎？ 10.如圖3所示，愛因斯坦通過研究“磁體相對于導體回路運動時，導體回路就會感應出電流”這一現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學的什么破綻？ 圖3 11．假若你坐在火車中，在車廂地板上有一光滑的小球．在某段時間內(nèi)，球相對于你不滾動，則此時的火車能否看成是慣性參考系？若某段時間內(nèi)，你發(fā)現(xiàn)球加速離你而去，則此時的火車能否看成是慣性參考系？ 第六章　相對論 第1節(jié)　經(jīng)典時空觀 第2節(jié)　狹義相對論的兩個基本假設 答案 課前預習練 1．慣性參考系　勻速直線運動　牛頓定律 2．獨立　互不相關 3．(1)一切物理規(guī)律　(2)真實　不同的慣性參考系 4．BD　[物品投放后，僅受重力作用，飛行員看到物品是做初速度為零的自由落體運動，符合牛頓運動定律，故飛機為慣性參考系，B對；而地面上的人員看到物品做初速度不為零的拋體運動，也符合牛頓運動定律，D也對．] 5．D　[由狹義相對論原理可知D錯誤．] 課堂探究練 1．可以進行用單擺測重力加速度的實驗 解析　勻速行駛的汽車屬于慣性系，所以他能夠完成這個實驗，且與地面上的結果無異． 點評　(1)地球以及相對于地球做勻速直線運動的參考系為慣性系． (2)力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的． 2．10 m/s　30 m/s 解析　對車上的觀察者 物體的初速度v0＝0，加速度a＝＝1 m/s2 10 s時速度v1＝at＝10 m/s. 對地上的觀察者 解法一 物體初速度v0＝20 m/s 加速度相同a＝＝1 m/s2 10 s末速度v2＝v0＋at＝30 m/s. 解法二 根據(jù)速度合成法則 v2＝v1＋v0＝(10＋20) m/s＝30 m/s. 點評　在兩個慣性系中，雖然觀察到的結果并不相同，一個10 m/s，另一個30 m/s，但我們卻應用了同樣的運動定律和速度合成法則．也就是說，力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的． 3．CD　[根據(jù)狹義相對論的基本假設——光速不變原理可知：真空中的光速相對于火箭的速度為c，相對于地面的速度也為c，對不同的慣性系是相同的，因此C、D正確，A、B錯誤．] 4．(1)c　(2)c　(3)c 解析　根據(jù)狹義相對論光速不變原理知，都應為c. 點評　光速不變原理指的是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的． 5．都遵從相同的力學規(guī)律 解析　根據(jù)狹義相對性原理，在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．所以不管地面上的運動物體，還是車上的、船上的物體都遵從相同的力學規(guī)律． 6．ABD　[經(jīng)典力學規(guī)律只適用于宏觀低速物體的運動，所以A、B、D正確．當物體的速率接近真空中的光速時，就不適合用經(jīng)典力學來解釋了，C錯誤．] 方法總結　理解經(jīng)典相對性原理要抓住兩點：(1)慣性參考系是指地球以及相對地球做勻速直線運動的參考系；(2)力學規(guī)律在任何慣性系中都相同，即同一物體相對于不同的慣性系，討論其運動時，所采用的運動規(guī)律和速度合成法則是相同的． 課后鞏固練 1．CD　[由經(jīng)典的相對性原理可知C、D正確．] 2．AD　[由經(jīng)典力學的局限性可知A、D正確．] 3．B　[由慣性系和非慣性系的概念可知B正確．] 4．AC　[由伽利略相對性原理可知A、C正確．] 5．D 6．力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，或者說，任何慣性參考系都是平權的． 7．狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的． 8．0.5c　c 解析　據(jù)經(jīng)典運動學v＝0.5c，據(jù)狹義相對性原理：光速不變，到達地球時光速為c. 9．不是，光信號相對地面的觀察者速度仍然是c. 解析　由經(jīng)典力學的相對性原理可知，光信號相對地面的速度v＝c＋c＝1.1c，但這一結論是錯誤的． 根據(jù)光速不變原理，真空中的光速相對于飛船為c，相對于地面也為c，對不同慣性參考系是相同的，這一判斷已被邁克耳孫—莫雷實驗所證實． 方法點撥　經(jīng)典力學的結論具有一定的局限性，一般只適用于宏觀物體的低速運動． 10．見解析 解析　愛因斯坦針對這一個實驗分析，“從磁體看，肯定沒有電場；可是從導體回路看，卻肯定有電場．”于是，“電場的有無就成為相對的了，取決于所用坐標系的運動狀態(tài)．” 同一實驗在不同參考系中居然有完全不同的解釋，這違背了伽利略相對性原理，由此愛因斯坦發(fā)現(xiàn)困難在于“運動學的一些基本概念的任意性上”，促使他提出了狹義相對論． 11．能　不能 解析　當球不滾動時，符合牛頓運動定律，因此火車可看成慣性參考系．當球加速滾動時，由于球只受重力和支持力作用，所受合力為零，因此不符合牛頓運動定律，不能把火車看成慣性參考系．