高中物理教科版 (2019)必修 第二册2 相对论时空观简介同步训练题

课时素养评价19　相对论时空观简介　宇宙的起源和演化

A组　合格性考试练　

1．像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．下列说法正确的是(　　)

A．量子论和狭义相对论否定了经典力学

B．牛顿的万有引力理论适用于白矮星表面

C．相对论适用于任何情况下的任何物体

D．狭义相对论是时空观发展史上的一次大变革

2．(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(　　)

A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快

B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢

C．地球上的人观测到地球上的钟较快

D．地球上的人观测到地球上的钟较慢

3．某物体在静止时的质量为m0，在速度为v的高速(接近光速)情况下质量为m，则由狭义相对论可知物体速度v为(　　)

A．c　    B．cC．c    D．c

4．下列对爱因斯坦质能方程的理解正确的是(　　)

A．E＝mc2中能量E其实就是物体的内能

B．公式E＝mc2适用于任何类型的能量

C．由ΔE＝Δmc2知质量与能量可以相互转化

D．E＝mc2不适合用来计算电池中的化学能

5．如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的．若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为(　　)

A．c＋v，c－v    B．c，c

C．c－v，c＋v    D．无法确定

6．接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(　　)

A．飞船上的人观测到地球上的钟较慢

B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢

C．观测到两只钟并没有区别

D．地球上的人观测到地球上的钟较慢

7．如果航天员以接近于光速的速度朝某一星体飞行，下列说法正确的是(　　)

A．航天员根据自己的质量在增加发觉自己在运动

B．航天员根据自己的心脏跳动在慢下来发觉自己在运动

C．航天员根据自己在变小发觉自己在运动

D．航天员永远不能由自身的变化知道自己的速度

8．设某人在速度为0.5c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1.5c

B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c

C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c

D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c

9．下列不属于狭义相对论结论的是(　　)

A．尺缩效应

B．时空弯曲

C．时钟延缓

D．质量变大

B组　选择性考试练

10.一个质量为m的物体，从静止开始做匀加速直线运动，随着速度的不断增大，下列说法正确的是(　　)

A．物体的速度越大，它的质量就越小

B．物体的速度越小，它的质量就越大

C．物体的质量与其速度无关

D．随着速度的增大，物体的质量将变大

11．一张正方形宣传画，边长为5 m，平行贴于铁路旁的广告牌上，如图所示，假设一高速列车以0.6c速度驶过，在司机看来，宣传画是(　　)

A．长4 m、高5 m的长方形

B．长6.25 m、高5 m的长方形

C．4 m×4 m的正方形

D．长5 m、高4 m的长方形

12．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．强引力场的作用可使光谱线向红端偏移

B．光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的

C.引力场越强的位置，时间进程越快

D．由于太阳引力场的影响，我们可以看到太阳后面的恒星

13．也许你会疑惑，为什么在日常生活中未发现长度收缩、时间延缓或质量随速度增大而增加的现象．请你从长度收缩公式和质速关系式出发，探索牛顿运动定律在宏观低速世界的合理性．

14．假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座α)，而后又飞回地球．根据A在地球上的观测，大角星离地球有36光年远，这次B往返飞行经历时间为80年．如果B离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当B回到地球时，他们的年龄各有多大？

课时素养评价19　相对论时空观简介

宇宙的起源和演化

1．解析：相对论和量子论的出现不是否定原有经典力学，而是明确经典力学只在一定条件下适用，白矮星由于引力极大，万有引力不能解释，相对论和经典力学一样不是任何条件都适用，故选D.

答案：D

2．解析：狭义相对论告诉我们，运动的钟会变慢，由于飞船上的人观测飞船上的钟是相对静止的，观测到地球上的钟是相对运动的，因此飞船上的人观察到飞船上的钟比地球上的钟快，选项A正确，B错误；同样，地球上的人观测到飞船上的钟是相对运动的，观测到地球上的钟是相对静止的，因此他观测到地球上的钟比飞船上的钟快，选项C正确，D错误。

答案：AC

3．解析：根据m＝，

解得v＝c，故选B.

答案：B

4．解析：E＝mc2中能量E包括静质能E0和动能Ek，而非物体的内能，A错误；E＝mc2也可以计算电池中的化学能，适用于任何类型的能量，B正确，D错误；物体具有的质量与质量对应的能量称为质能，E＝mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化，C错误．

答案：B

5．解析：根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c，故选B.

答案：B

6．解析：飞船相对地球高速运动，所以地球上的人观测飞船上的钟较慢，而地球相对飞船高速运动，所以飞船上的人认为地球上的钟较慢，所以A正确；B、C、D错误．

答案：A

7．解析：根据狭义相对论知识可知，航天员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身变化，也不能由自身变化知道他的速度，故选D.

答案：D

8．解析：根据狭义相对论的两个基本假设之一：光速不变原理可知，即光在真空中沿任何方向传播速度都是c，则观察者在地面上和在飞船中观测光的速度均为c，故选D.

答案：D

9．解析：狭义相对论的两个原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，即相对性原理；真空中光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理．尺缩效应、时钟延缓、质量变大都是基于这两条原理推导出的，属于狭义相对论的结论，A、C、D正确，不符合题意；时空弯曲属于广义相对论的结论，B错误，符合题意．

答案：B

10．解析：根据相对论时空观可知，物体的质量与它的速度有关，当物体的速度很大时，质量也会变得很大，故选项D正确，A、B、C错误．

答案：D

11．解析：一张正方形宣传画，边长为5 m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.6c的速度接近此宣传画，根据相对论效应l＝l0＝5× m＝4 m，司机测量时宣传画的长度变成长4 m，高5 m的长方形，故A正确，B、C、D错误．

答案：A

12．解析：强引力场的作用使光的波长变长，频率变低，光谱线向红端偏移，故A正确；光的色散现象是由于光的折射现象引起的，故B错误；引力场越强的位置，时间进程越慢，故C错误；根据广义相对论的结论，因为太阳引力场的影响，使得光线发生弯曲，使我们能够看到太阳后面的恒星，故D正确．

答案：AD

13．答案：根据长度的相对性：l＝l0，一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；时间间隔的相对性：τ＝.时间有延缓效应；当物体运动的速度u≪c，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，质量时间可认为不变，牛顿运动具有合理性．

14．解析：设B在飞船惯性系中经历的时间为τ0，根据钟慢效应得：τ＝，

即80＝，τ0≈34.9年；所以B回到地球时的年龄为20＋34.9＝54.9(岁)，此时A的年龄为20＋80＝100(岁).

答案：B为54.9岁　A为100岁