5.2 相对论时空观简介——高一物理教科版（2019）必修二同步课时作业
1.关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是( )
A.牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动
B.由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
C.高速运动的μ子寿命变长这一现象，既能用相对论时空观解释，又能用经典理论解释
D.不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的
2.在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，一只小猫在车厢后端出生，闪光到达车厢前壁时，两只小鸡在车厢前端出生。则( )
A.在火车上的人看来，一只小猫先出生 B.在火车上的人看来，两只小鸡先出生
C.在地面上的人看来，一只小猫先出生 D.在地面上的人看来，两只小鸡先出生
3.甲、乙、丙是三个完全相同的时钟，甲放在地球上，乙、丙分别放在两个高速运动的火箭上，分别以速度和朝同一方向远离地球飞行，且.在地面上的观察者看来( )
A.甲时钟走得最慢 B.乙时钟走得最慢
C.丙时钟走得最慢 D.三个时钟快慢一样
4.美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在，引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是( )
A.牛顿进行了著名的“月—地检验”但没有测出引力常量
B.牛顿力学取得了巨大成就，适用于一切领域
C.两物体间的万有引力总是质量更大的物体受到的万有引力大
D.牛顿认为惯性是物体的固有属性，速度大的物体惯性大
5.设某人在以速度为的飞船上，打开一个光源，光向四面八方辐射，则下列说法正确的是( )
A.飞船正前方地面上的观察者测得这一光速为
B.飞船正后方地面上的观察者测得这一光速为
C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者测得这一光速是c
D.在另一个以速度为的反方向运动的飞船上的观察者看不到光
6.惯性参考系S中有一边长为l的正方形。从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像可能是( )
A. B.
C. D.
7.2020年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，其中英国科学家罗杰 彭罗斯发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测。根据相对论的观点，下列说法正确的是( )
A.越靠近黑洞，时钟会变得越快
B.光速的测量结果与参考系的运动速度有关
C.同一物体的长度的测量结果与物体相对观测者运动的速度有关
D.若两件事在某观察者看来是同时发生的，则在其他观察者看来也必定是同时发生的
8.如图，假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速向右行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光。下列说法正确的是( )
A.地面上的人看到的光速等于原光速加上火车的速度
B.地面上的人看到的光速等于原光速减去火车的速度
C.地面上的人看到前后两道光速同时到达前后壁
D.火车上的人看到前后两道光速同时到达前后壁
9.如图所示，一列车以接近光速的速度从地面上观察者面前水平驶过。与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客( )
A.体型变瘦 B.体型变胖 C.身高变高 D.身高变矮
10.某考生现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为该考生考完这场考试所用时间( )
A.大于100分钟 B.等于100分钟 C.小于100分钟 D.不能确定
11.在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，一只小猫在车厢后端出生，闪光到达车厢前壁时，两只小鸡在车厢前端出生。则( )
A.在火车上的人看来，一只小猫先出生 B.在火车上的人看来，两只小鸡先出生
C.在地面上的人看来，一只小猫先出生 D.在地面上的人看来，两只小鸡先出生
12.下列有关物理学的描述中，正确的是( )
A.经典力学在描写世界的运动规律时，认为时间、空间与物质及其运动有关
B.经典力学是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论，因此没有局限性
C.在广义相对论中，时间、空间、物质及运动是紧密联系在一起的
D.在狭义相对论中，认为运动时长度会收缩、时钟会变快、质量会变小
13.关于牛顿力学与相对论，以下说法正确的是( )
A.中国东风27超高音速导弹的飞行速度可达到3400m/s，牛顿力学不再适用
B.真空中的光速大小在不同的惯性参考系中都是相同的
C.牛顿力学在微观领域物质结构中不适用，因此带电粒子在电场中的运动不满足牛顿运动定律
D.对于地面上静止不动的物体，在不同参考系中测得该物体的长度都是一样的
14.假如汽车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，汽车里的乘客者看到沿公路的电线杆之间的距离______，而地面上的观察者看到汽车车窗的高度______。（均选填“变大”“变小”或“不变”）
15.相对论的创始人是爱因斯坦。根据相对论理论，时间、空间与物体的运动速度_________（填“有关”或“无关”），物体的质量随着速度的增加而_______（填“增加”、“减少”或“不变”）。
答案以及解析
1.答案：A
解析：牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动，A正确；在微观高速领域，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，也不会失去价值，B错误；高速运动的μ子寿命变长这一现象，属于微观高速运动，只能用相对论时空观解释，不能用经典理论解释，C错误；宏观低速物体，牛顿力学适用，微观粒子，量子力学适用，D错误。
2.答案：C
解析：火车中的人认为，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，则在火车上的人看来，小猫和小鸡同时出生，故A、B错误；地面上的人认为，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，故在地面上的人看来，一只小猫先出生，故C正确，D错误。
3.答案：C
解析：甲时钟放在地面上，在地面上的人看来，甲时钟没有变化；乙、丙两时钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，乙、丙时钟变慢，由于，所以丙时钟比乙时钟更慢，则甲时钟走得最快，丙时钟走得最慢，C正确。
4.答案：A
解析：A.牛顿进行了著名的“月一地检验”，卡文迪什测得了引力常量，故A正确；
B.牛顿力学适用于宏观、低速的物体，故B错误；
C.两物体间的万有引力是相互作用力，总是大小相等，故C错误；
D.牛顿认为惯性是物体的固有属性，物体的惯性只与物体的质量有关，与速度无关，故D错误。
故选A。
5.答案：C
解析：光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的。即光在真空中沿任何方向的传播速度也是相同的。
故选C。
6.答案：C
解析：根据长度收缩效应可知，当飞行器以接近光速沿x方向相对惯性参考系S飞行时，在飞行器上测得的S参考系中的正方形沿相对运动的x方向的边长将会缩短，而沿垂直于运动方向上的长度不改变。
7.答案：C
解析：A.越靠近黑洞，引力越大，时钟会变慢，A错误；
B.根据光速不变原理可知，光在真空中的速度以任何参考系都是恒定的，B错误；
C.同一物体的长度的测量结果与物体相对观测者运动的速度有关，这就是相对论中的“尺缩效应”，C正确；
D.若两件事在某观察者看来是同时发生的，则在其他观察者看来不一定是同时发生的，D错误。
故选C。
8.答案：D
解析：ABC.地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的，地面上的人看到的光速就是原光速。但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些。故ABC错误；
D.因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，火车上的人看到前后两道闪光会同时到达前、后两壁。故D正确。
故选D。
9.答案：A
解析：根据相对论尺缩效应可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变：则与坐在列车内乘客的观测结果相比，地面上静止的观察者观测车内同一站立的乘客体型变瘦，身高不变。故选A。
10.答案：A
解析：根据狭义相对论可知，飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为该考生考完这场考试所用的时间，可知飞船上的观察者认为该考生考完这场考试所用的时间大于100分钟，选项A正确。
11.答案：C
解析：火车中的人认为，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，则在火车上的人看来，小猫和小鸡同时出生，故A、B错误；地面上的人认为，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，故在地面上的人看来，一只小猫先出生，故C正确，D错误。
12.答案：C
解析：在经典力学中，认为时间和空间都是独立的，也是绝对的，故A错误；经典力学是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论，它是从日常机械运动中总结出来的，超出这个范围，经典力学是否适应，需要验证，故B错误；在广义相对论中，时间、空间、物质及运动是紧密联系在一起的，故C正确；在狭义相对论中，当物体在接近光速运动时，认为运动时长度会收缩、时钟会变慢、质量会变大，故D错误。
13.答案：B
解析：A.中国东风27超高音速导弹的运动属于低速宏观的运动，故A错误；
B.根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B正确；
C.狭义相对论即适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭义相对论在低速()条件下的近似，理想状态下，带电粒子在电场中的运动也可以使用牛顿运动定律，故C错误；
D.根据尺缩效应，相对论时空观认为运动的尺子会变短，如果物体在地面上静止不动，在相对于地面运动的参考系里面测出物体的长度和在地面上测出物体的长度是不一样的，故D错误。
故选B。
14.答案：变小；不变
解析：当汽车以接近光速从观察者身边飞驰而过，根据相对论尺缩效应可知，火车里的观察者看到电线杆距离变小，同时，地面上的观察者看到车厢长度变短，而车厢高度不变。
15.答案：有关；增加
解析：根据相对论理论，时间、空间与物体的运动速度有关；
根据相对质量公式
式中是物体静止时的质量，m是物体运动时的质量，v是物体的速度，c是光速，由公式可知物体的质量随着速度的增加而增加。
