1、第五章经典力学的局限性与相对论初步2相对论时空观简介3宇宙的起源和演化基础过关练题组一相对论时空观1.下列说法中正确的是()A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于很强的相互作用力2.话说有兄弟两个,哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速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C.由相对论可知,物体速度越大,其时间进程越慢,生理进程也越慢D.这是神话,科学无法解释3.如图所示,按照狭
2、义相对论的观点,火箭A是迎着光行驶的,火箭B是“追赶”光的,若火箭相对地面的速度为v,则两火箭上的观察者测出的光速分别为()A.c+vc-vB.c-vc+vC.ccD.无法确定4.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,vAvB。在火箭A上的人观察到的结果正确的是()A.火箭A上的时钟走得最快B.地面上的时钟走得最快C.火箭B上的时钟走得最快D.火箭B上的时钟走得最慢5.一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驶而过,我们会感到车厢、车窗变窄了,而车厢、车窗的高度并没有变化,那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会()A.变窄B.变宽C.不变D.都有可能6.假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行
3、,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7.半人马星座星是离太阳系最近的恒星,它距离地球为4.31016m。设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座星之间。(1)若宇宙飞船的速率为0.999c,按地球上时钟计算,飞船往返一次需多少时间?(2)如以飞船上时钟计算,往返一次的时间又为多少?题组二宇宙的起源和演化8.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A.夸克、轻子、胶子等粒子B.质子和中子等强子C.光子、中微子和电子等轻子D
4、.氢核、氘核、氦核等轻核9.关于宇宙的演化问题一直得到物理学家们的高度关注。2019年的诺贝尔物理学奖得主之一詹姆斯皮布尔斯对宇宙大爆炸理论的发展做出了巨大贡献。宇宙大爆炸理论认为:宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。在演化至今的大部分时间内,宇宙是膨胀的。宇宙是否会一直膨胀下去与宇宙物质的平均密度有关。假如平均密度小于某个值,宇宙就将永远膨胀下去。假如平均密度大于某个值,宇宙膨胀后可能又会收缩。这个值被称为宇宙的临界密度,临界密度的计算公式为0=38GH2,其中G为引力常量,H为哈勃常数。根据所学知识可以判断()A.哈勃常数只是一个数值,没有单位B.哈勃常数与质量有关,其国际单位是kgC.哈
5、勃常数与时间有关,其国际单位是s-1D.哈勃常数与长度有关,其国际单位是m答案全解全析基础过关练1.C经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况,故A错误;狭义相对论没有否定经典力学,在宏观低速情况下,相对论的结论与经典力学没有区别,故B错误;量子力学正确描述了微观粒子运动的规律,故C正确;万有引力定律只适用于较弱的相互作用力,而对于很强的相互作用力是不适用的,故D错误。2.C根据公式=01-vc2可知,物体的速度越大,其时间进程越慢。3.C根据光速不变原理,在一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c都一样,因此在火箭A、B两个惯性参考系中,观察者测量到的光速一样大,均为c,故C正确。4.A在火
6、箭A上的人看来,地面和火箭B都高速远离自己,由=01-vc2知,在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B的时钟都变慢了,且vAvB,故地面的时钟最慢,因此A正确,B、C、D错误。5.A火车相对地面以接近光速的速度向前飞驶,如果以火车为参考系,地面向后飞驶,根据尺缩效应知电线杆间距变窄。6.D由公式l=l01-v2c2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。7.答案(1)2.87108s(2)1.28107s解析(1)由于题中恒星与地球的距离s和宇宙飞船的速度v均是地球上的观察者测量的,故飞船往返一次,地球时钟所测时间间隔t=2sv=2.87108s。(2)可从相对
7、论的时间延缓效应考虑。把飞船离开地球和回到地球视为两个事件,显然飞船上的时钟测出两事件的时间间隔t是固定的,地球上所测的时间间隔t与t之间满足时间延缓效应的关系式。以飞船上的时钟计算,飞船往返一次的时间间隔为t=t1-v2c2=1.28107s。8.A宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代,再之后是中子和质子结合成氘核,并形成氦核的核时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,因此A正确,B、C、D中的粒子都产生在A之后,故B、C、D错。9.C由公式F=GMmr2得G=Fr2Mm,其单位为Nm2kg-2,由0=38GH2得H=8G03,则其单位为Nm2kgkg2m3=kgmm2kgs2kg2m3=1s,则哈勃常数与时间有关,其国际单位是s-1,故A、B、D错误,C正确。