沪科版 (2019)必修 第二册5.3 相对论的时空观与宇宙演化课时作业

【基础】5.3相对论的时空观与宇宙演化-1课时练习

一．单项选择

1．1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，关于狭义相对论，下列说法正确的是（　　）

A.在接近光速运动的火车上时间过得快

B.以接近光速运动的火车，沿运动方向的长度变短

C.所有的物理规律在不同的惯性系中有不同的形式

D.两列以光速相向运动的火车，甲车看乙车的速度是2c

2．如下图所示，惯性系S中有一边长为l的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（　　）

A． B．

C． D．

3．爱因斯坦相对论告诉我们（    ）

A．运动的钟变慢，运动的尺伸长，运动的物体质量变小

B．运动的钟变快，运动的尺缩短，运动的物体质量变大

C．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动的物体质量变大

D．运动的钟变慢，运动的尺伸长，运动的物体质量变大

4．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′。则S和S′的大小关系是（　　）

A．S＞S ′       B．S＝S′

C．S＜S′        D．无法判断

5．下列说法中正确的是（   ）

A．医学上检查人体内部器官的“CT”，使用的是γ射线

B．雨后公路积水表面漂浮的油膜阳光下呈现彩色，这是光的折射现象

C．利用多普勒效应原理，可以测量运动物体的速度

D．考虑相对论效应，静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆长

6．下列说法正确的是（　　）

A．车辆匀速驶向停在路边的警车，警车上测速仪探测到反射波的频率升高

B．电磁波不能产生多普勒效应，而机械波能产生多普勒效应

C．双缝干涉中两列相干波的波峰与波峰叠加相互加强，波谷与波谷叠加相互削弱

D．在用单摆测重力加速度的实验中，某学生所测g值偏小，可能是把n次单摆全振动误记为n+1次

7．下列说法正确的是（　　）

A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理

B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率

C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢

D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小

8．如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A．B．C三个时钟，下列说法正确的是（　　）

A．A时钟走得最慢，B时钟走得最快

B．A时钟走得最慢，C时钟走得最快

C．C时钟走得最慢，A时钟走得最快

D．B时钟走得最慢，A时钟走得最快

9．一物体在某行星表面受到的重力是它在地球表面受到的重力的四分之一，在地球表面走时准确的摆钟，搬到此行星表面后，秒针走一圈所经历的时间是(   )

A．240s B．120s C．30s D．15s

10．以下说法正确的是（　　）

A．狭义相对论认为，在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的

B．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号

C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉是利用涡流

D．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理

11．如图所示，强强乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（　　）

A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c

12．如果宇航员驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动（　　）

A．你的质量在减少

B．你的心脏跳动在慢下来

C．你永远不能 由自身的变化知道你是否在运动

D．你在变大

13．列车静止时，车厢长度与沿轨道方向排列的相邻电线杆间距离相等。当列车以接近光速行驶，车上的乘客观测车厢长度与相邻电线杆间距离，所得出的结论是(   )

A．车厢长度大于相邻电线杆间距离

B．车厢长度小于相邻电线杆间距离

C．向前观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离

D．向后观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离

14．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（　　）

A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学

B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的

C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射

D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例

15．恒星的寿命取决于它的（　　）

A．质量 B．体积 C．温度 D．亮度

16．以下有关物理史实的说法，正确的是（　　）

A．开普勒总结了万有引力定律 B．日心说是伽利略首先提出来的

C．万有引力常量G是牛顿最先测出的 D．狭义相对论理论是爱因斯坦建立的

17．根据相对论，下列说法正确的是(    )

A．在不同的惯性参考系中，物理定律的数学形式是不同的

B．真空中的光速在不同惯性参考系中是不相同的

C．一条沿自身长度方向高速运动的杆子，其长度与静止时不同

D．一条沿垂直于自身长度的方向高速运动的杆子，其长度与静止时不同

18．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A．B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A．C两铁塔被照亮的顺序是（   ）

A．同时被照亮

B．A先被照亮

C．C先被照亮

D．无法判断

参考答案与试题解析

1．【答案】B

【解析】考点： * 长度的相对性；* 同时的相对性．所有

分析： 爱因斯坦提出了狭义相对论，认为时间与空间是相联系的．根据相对论尺缩效应分析人观察尺子的长度变化问题．

解答： 解：A．根据相对论的时空观，地面上的人看接近光速运动的火车，时间过得慢．故A错误；

B．根据相对论尺缩效应可知，地面上的人看以接近光速运动的火车，沿运动方向的长度变短．故B正确；

C．根据相对性原理，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，故C错误；

D．根据光速不变原理，两列以光速相向运动的火车，甲车看乙车的速度是c．故D错误．

故选：B

点评： 对于相对论高中要求较低，但需要我们能准确记住相应的内容，属基础题目．

2．【答案】D

【解析】

根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向正方形边长不变。

故选D。

3．【答案】C

【解析】【来源】第三章牛顿运动定律E.从牛顿到爱因斯坦

【详解】

狭义相对论的几个重要的效应：
①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；
②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．
③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大．

A．运动的钟变慢，运动的尺伸长，运动的物体质量变小，与结论不相符，选项A错误；

B．运动的钟变快，运动的尺缩短，运动的物体质量变大，与结论不相符，选项B错误；

C．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动的物体质量变大，与结论相符，选项C正确；

D．运动的钟变慢，运动的尺伸长，运动的物体质量变大，与结论不相符，选项D错误；

4．【答案】A

【解析】观察者B以0.8倍光速平行于y轴正方向运动，根据尺子运动会缩短，观察到钟的面积为S′＜S，选项A正确。

5．【答案】C

【解析】

A．医学上检查人体内部器官的“CT”，使用的是x射线，选项A错误；

B．雨后公路积水表面漂浮的油膜阳光下呈现彩色，这是光的干涉现象，选项B错误；

C．利用多普勒效应原理，可以测量运动物体的速度，选项C正确；

D．考虑相对论尺缩效应，静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆短，选项D错误。

故选C。

6．【答案】A

【解析】

A．由多普勒效应可知，小车匀速驶向停在路边，相当于波的传播速度增大，根据

可知，警车上测速仪探测到反射波的频率升高，故A正确；

B．能发生多普勒效应是波的固有属性，电磁波和机械波都能产生多普勒效应，故B错误；

C．双缝干涉中两列相干波的波峰与波峰或波谷与波谷相互加强，波峰与波谷叠加相互减弱，故C错误；

D．把n次单摆全振动误记为次，则带入计算的周期偏小，根据

计算得到的重力加速度偏大，故选项D错误。

故选A。

7．【答案】C

【解析】

A．全息照相利用了光的干涉原理，与光的衍射无关，A错误；

B．受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与是否发生共振无关，B错误；

C．根据时间延缓效应可知，在宇宙中高速飞行的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢，C正确；

D．根据多普勒效应可知，鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比增大，D错误。

故选C。

8．【答案】C

【解析】A．B．C在同一转盘上，它们的角速度相同，由v＝r？ω可知r越大，线速度v越大。可知，v越大，Δt越大，也就是说钟走得越慢。从图中可以看出，A时钟的线速度最小，C时钟的线速度最大，故A时钟走得最快，C时钟走得最慢。

9．【答案】B

【解析】【来源】四川省南充市2018-2019学年高二下学期期末教学质量监测理综物理试题

【详解】

根据在星球表面万有引力等于重力可知：某行星表面受到的万有引力是它在地球表面受到的万有引力的，质量不变，所以该星球的重力加速度根据单摆的周期公式：

可知该星球的周期是地球上周期的两倍，所以此钟的秒针走一整圈所经历的时间实际上是地球上秒针走一圈的两倍即120s

A．240s与分析不符，故A错误.

B．120s与分析相符，故B正确.

C．30s与分析不符，故C错误.

D．15s与分析不符，故D错误.

10．【答案】C

【解析】

A．狭义相对论认为，在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的，选项A错误；

B．传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故B错误；

C．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量。故C正确。

D．交警通过发射超声波测量车速是利用了多普勒效应，故D错误；

故选C。

11．【答案】D

【解析】【考点】狭义相对论

【分析】光速不变原理：在狭义相对论中，指出无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变．故真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，即为c．

【解答】解：根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变．所以壮壮观测到该光束的传播速度为C，所以ABC错误，D正确．

故选D．

【点评】本题考查了 光速不变原理，只要掌握了基本概念即可顺利解决．

12．【答案】C

【解析】宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A．B．D错误，选项C正确。

13．【答案】A

【解析】

【详解】当列车以接近光速行驶，电线杆相对于列车的速度也接近光速，根据爱因斯坦相对论效应可知，相邻电线杆间距离将要缩短，而车上的乘客观测车厢的长度不变，则车厢长度大于相邻电线杆间距离，与观察的方向无关，故A正确，BCD错误。

14．【答案】D

【解析】

A．相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，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错误；

C．牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观．低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误；

D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学中，故D正确。

故选D。

15．【答案】A

【解析】上海市南洋模范中学2020-2021学年高二（下）期末物理试题

恒星的寿命取决于它的质量，质量越大，其内部的压力越大，内部核反应越剧烈，恒星的寿命越短。

故选A。

16．【答案】D

【解析】

A．开普勒总结了开普勒三定律。A错误；

B．日心说是哥白尼首先提出来的。B错误；

C．万有引力常量G是卡文迪许最先测出的。C错误；

D．狭义相对论理论是爱因斯坦建立的。D正确。

故选D。

17．【答案】C

【解析】

试题分析：根据相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，物理定律的数学形式是相同的．所以A错误．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错误．根据狭义相对论的相对性原理，一条沿身长度方向高速运动的杆子，其长度与静止时不同．故C正确．根据狭义相对论的相对性原理，一条沿身长度方向高速运动的杆子，其长度与静止时不同，但沿垂直于自身长度的方向高速运动杆子，其长度与静止时相同．故D错误．故选C.

考点：相对论的两个基本假设

【名师点睛】考查相对论的内容应用，掌握时间变慢，长度缩短（注意要沿着运动方向），并理解相对论与经典理论的区别.

18．【答案】C

【解析】列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮