学年高中物理第十五章相对论简介狭义相对论的其他结论广义相对论简介课后检测含解析新人教版选修-.doc

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1、3狭义相对论的其他结论 4广义相对论简介记一记狭义相对论的其他结论 广义相对论简介知识体系3个公式速度变换公式、相对论质量、质能方程2个原理广义相对论原理和等效原理辨一辨1.根据相对论速度变换公式，两个物体的速度无论多大，它们的相对速度也不会大于光速c.()2在相对论力学中，物体静止时的质量最小()3只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能()4一定的质量总是和一定的能量相对应()5根据质能方程，质量可以转化为能量，能量可以转化为质量()6Emc2中能量E其实就是物体的内能()7一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()想一想1.当高速运动时物体的质量怎样变化？提示

2、：物体的质量会增大2一定量的质量与能量相对应，那么质量变化时其能量一定变化吗？提示：一定变化由质能方程Emc2可知，质量变化时，一定对应能量的变化3爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论？提示：爱因斯坦提出狭义相对论后，遇到了狭义相对论无法解决的两个问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架；惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位为了解决这两个问题，爱因斯坦又向前迈进了一大步，提出了广义相对论4地球外表有引力，为什么说在地球外表均匀介质中光沿直线传播？提示：地球外表的引力场很弱，对光的传播方向影响很小，所以认为光沿直线传播思考感悟：练一练1.(多项选择)广义相对论的两个根本原理是指

3、()A光速不变原理 B广义相对性原理C等效原理 D同时的相对性解析：广义相对论的两个根本原理是广义相对性原理和等效原理，故B、C两项正确答案：BC2(多项选择)以下问题需要用相对论来进行解释的是()A“嫦娥一号的运动轨迹的计算B喷气式飞机的空中运行C人造太阳的反响过程D红矮星的演变过程解析：但凡高速、微观、强引力问题都需要用相对论来进行解释；C项中的过程属于微观的情况，D项中的过程属于强引力的情况答案：CD3盘旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是()A加速器功率有限，不能提供足够大的能量B加速器内无法产生磁感应强度足够大的磁场C加速器内无法产生电场强度足够大的电场D

4、速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速解析：因为盘旋加速器的理论根底是粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电场的周期；速度较小时粒子的质量m可以认为不变，周期T不变，电场变化与粒子圆周运动同步，但速度较大时，质量增大明显，粒子做圆周运动的周期T变大，无法做到圆周运动的周期与高频电压的周期同步，故D项正确答案：D4一宇航员要到离地球10光年的星球去旅行，如果宇航员希望将路程缩短为8光年，那么他所乘坐的火箭相对于地球的速度应为光速的几倍()A0.5 B0.6C0.8 D0.9解析：根据距离的相对性公式，有ll0 ，代入数据，有810，解得v0.6c，故B项正确答案：B

5、5(多项选择)以下说法中正确的选项是()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，例如牛顿运动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：根据广义相对论根本原理可知，A、D两项正确答案：AD要点一 相对论速度变换公式1.(多项选择)在一列相对于地面速度为v的高速行驶的火车上，车上的人以速度u沿着火车前进方向相对于火车运动，根据相对论速度变换公式，以下说法正确的选项是()A人相对于地面的速度小于人的速度和火车速度之和B人

6、相对于地面的速度大于人的速度和火车速度之和C只要人和火车的速度足够大，人相对于地面的速度可以超过光速D不管人和火车的速度多大，人相对于地面的速度都小于光速解析：在高速行驶的火车上，根据相对论速度变换公式得：相对地面的速度u，故A正确、B错误；不管人和火车的速度多大，物体运动的速度都小于光速，故C错误、D正确答案：AD2设想有一艘飞船以v0.8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c，从地面上的人看来，物体的速度为()A1.7c B0.1cC0.99c D无法确定解析：根据相对论速度变换公式：u，得u0.99c.答案：C3火箭以c的速度飞离

7、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c，其运动方向与火箭的运动方向相反那么粒子相对火箭的速度大小为()A.c B.C.c D.解析：由相对论速度变换公式u，可得c，解得uc，负号说明与v方向相反答案：C要点二 相对论质量和质能方程4.(多项选择)电子的电荷量为1.61019 C，质量为9.11031 kg，一个电子被电压为106 V的电场加速后，关于该电子的质量和速度，以下说法正确的选项是()A电子的质量不变B电子的质量增大C电子的速度可以到达1.9cD电子的速度不可能到达c解析：电子被电场加速后，根据m可知，随电子速度的增大，其质量也增大，故A项错误，B项正确；此时不能

8、根据qUm0v2求速度，任何物体的速度都不可能超过光速c，故C项错误，D项正确答案：BD5如下图，鸡蛋和乒乓球都静止在地面上，关于二者所具有的能量关系，以下说法中正确的选项是()A鸡蛋大 B乒乓球大C一样大 D无法进行比拟解析：物体所具有的能量和其质量有关，根据质能方程，质量越大，所具有的能量越大，所以鸡蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量答案：A6电子的静止能量为0.511 MeV，假设电子的动能为0.25 MeV，那么它所增加的质量m与静止质量m0的比值近似为()A0.1 B0.2C0.5 D0.9解析：由题意Em0c2即m0c20.5111061.61019 JEmc2即mc20.25106

9、1.61019 J由得0.5，故C项正确答案：C要点三 广义相对论的几个结论7.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项正确，A、B、D三项错误答案：C8关于广义相对论和狭义相对论之间的关系，以下说法正确的选项是()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

10、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：D根底达标1.(多项选择)关于物体的质量，以下说法正确的选项是()A在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的B在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化C在相对论力学中，物体静止时的质量最小D在相对论力学中，物体的质量随物体速度的增大而增大解析：在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的，故A项正确，B项错误；在相对论力学中，由于物体的速度v不可能到达光速c，所以vc,121，根据m，可知C、D两项正确答案：ACD2以下说法中

11、错误的选项是()A矮星外表的引力很强B时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些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，所以矮星外表引力很强，故A正确；根据广义相对论的结论可知引力场越强，时间进程越慢，物体长度越短，故BC正确；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为“引力红移，故D错误答案：D3假设一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进行测量，哪辆车的质量将增大()A摩托车 B有轨电车C两者都增加 D都不增加解析：对有轨电车，能量通过导线，从发电厂源源不断输入有轨电车；而摩

12、托车的能量却是它自己带来的，没有能量从外界输入给摩托车能量与质量相对应，所以有轨电车的质量将随速度增加而增大，而摩托车的质量不会随速度的增加而增大，故B正确答案：B4(多项选择)以下说法中正确的选项是()A物体的引力使光线弯曲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：根据广义相对论的几个结论可知，A、C、D三项正确，B项错误答案：ACD5(多项选择)以下说法中正确的选项是()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

13、的解析：由广义相对论我们知道，物质的引力可以使光线弯曲，使空间弯曲，故A、D两项正确；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，故B项正确、C项错误答案：ABD6太阳内部进行着剧烈的热核反响，每秒钟辐射的能量为3.81026 J，那么可算出()A太阳的质量约为4.2106 tB太阳的质量约为8.4106 tC太阳的质量每秒减小约为4.2106 tD太阳的质量每秒减小约为8.4106 t解析：由质能方程知太阳每秒钟内因辐射能量而失去的质量为m4.2109 kg4.2106 t.答案：C7(多项选择)对于公式m，以下说法中正确的选项是()A公式中的m0是物体

14、以速度v运动时的质量B当物体运动速度v0时，物体的质量mm0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D通常由于物体的速度太小，质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化解析：公式中的m0是物体静止时的质量，A项错误；在v远小于光速时，质量的变化不明显，经典力学依然成立，C、D两项正确，A、B两项错误答案：CD8爱因斯坦提出了质能方程，揭示了质量与能量的关系关于质能方程，以下说法正确的选项是()A质量和能量可以相互

15、转化B当物体向外释放能量时，其质量必定减小，且减小的质量m与释放的能量E满足Emc2C如果物体的能量增加了E，那么它的质量相应减小m，并且Emc2Dmc2是物体能够放出能量的总和解析：由质能方程可知，质量和能量之间存在一定的对应的关系，而不能认为质量就是能量，能量就是质量，能量和质量是两个不同的概念，只有在核反响过程中，质量的减少对应着能量的释放，故B项正确答案：B9某物体运动时的质量比静止时的质量增加10%，那么此物体在其运动方向上缩短了()A. B.C. D.解析：由m得 .由ll0 得即运动上缩短了，D项正确答案：D101905年，爱因斯坦创立了“相对论，提出了著名的质能方程，下面涉及对

16、质能方程理解的几种说法中正确的选项是()A假设物体能量增大，那么它的质量增大B假设物体能量增大，那么它的质量减小C假设核反响过程质量减小，那么需吸收能量D假设核反响过程质量增大，那么会放出能量解析：由Emc2可知，假设E增大，那么m增大，假设E减小，那么m减小，A项正确，B项错误；假设m减小，那么E减小，假设m增大，那么E增大，C、D两项错误答案：A11为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度()A6.0108 m/s B3.0108 m/sC2.6108 m/s D1.5108 m/s解析：由关系式m可得到vcc c2.6108 m/s，C项正确答案：C能力达标12.设宇宙射线粒子

17、的能量是其静止能量的k倍，那么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：依据爱因斯坦的质能方程Emc2，宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，那么其质量等于其静止质量的k倍；再由相对论质量公式m得.答案：k13一被加速器加速的电子，其能量为3.00109 eV，(m09.11031 kg，c3108m/s)试问：(1)这个电子的动质量是其静质量的多少倍？(2)这个电子的速率是多少？解析：(1)由相对论质能关系Emc2和E0m0c2可得电子的动质量m与静质量m0之比为5.86103.(2)由m可得vc0.999999985c2.999999955108 m/s.答案：(

18、1)5.86103(2)2.999999955108 m/s14如下图，地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0108 m/s跟随A飞行求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度解析：(1)A上的乘客看到B的相对速度，即B相对运动参考系A的速度u，由题意知A相对静止参考系(观察者)的速度vvA2.5108 m/s，B相对静止参考系的速度uvB2.0108 m/s，由相对论速度变换公式u可得2.0108 m/s，解上式得u1.125108 m/s，即A上的乘客看到B以1.125108 m/s的速度沿飞船A运动的反方向运动(2)根据运动的相对性可知，B上的乘客看到A以1.125108 m/s的速度沿飞船B运动的方向运动答案：(1)1.125108 m/s(2)1.125108 m/s