高中物理5.3 相对论的时空观与宇宙演化同步达标检测题

【基础】5.3相对论的时空观与宇宙演化-1练习

一．单项选择

1．若一列火车以接近光速的速度在高速行驶，车上的人用望远镜来观察地面上的一只排球，如果观察的很清晰，则观察结果是(　 　)

A. 像一只乒乓球(球体变小)    B. 像一只篮球(球体变大)

C. 像一只橄榄球(竖直放置)    D. 像一只橄榄球(水平放置)

2．下列说法中正确的是（    ）

A．在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度高

B．太阳发出的光和热来自于太阳上碳．氧等物质的燃烧

C．太阳系中距离太阳越近的行星，公转速度越小

D．由于光速有限，因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去

3．按照相对论理论，下列说法中错误的是(    )

A. 一条杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0

B. 一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点

C. 一个物体运动时的质量比静止时的质量要大

D. 如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了

4．如果有一列火车，以很高的速度运动，车窗沿运动方向为长，垂直运动方向为宽，根据相对论的知识，地面上的人发现（   ）

A. 火车窗口比静止时要长

B. 火车窗口比静止时要短

C. 火车窗口比静止时要宽

D. 火车窗口比静止时要窄

5．下列说法正确的是__________

A.一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时长

B.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度

C.大量事实证明， [电磁波不能产生衍射现象

D.受迫振动的频率总等于系统的固有频率

6．对相对论的基本认识，下列说法正确的是(　　)

A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的

B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快

D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了

7．一张长方形宣传画长5m．高3m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，这张画由司机测量的图形是（　　）

A．边长为3m的正方形

B．长为3m．高为1.8m的长方形

C．长为5m．高为1.8m的长方形

D．长轴为3m．短轴为1.8m的椭圆形

8．假设以0.8c速度运行的宇宙飞船上的人有一只完好的手表走过 10 min，地面上人认为它走过这10分钟，实际上花了多长时间（　 　）

A．10 min    B．8 min    C．16.6 min   D．20 min

9．质子．中子和氘核的质量分别为m1．m2和m3．当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)

A．(m1＋m2－m3)c            B．(m1－m2－m3)c

C．(m1＋m2－m3)c2           D．(m1－m2－m3)c2

10．下列说法中正确的是（　　）

A．地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到“火箭长度”要比火箭上的人观察到的短一些

B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度

C．在同种均匀介质中传播的声波，频率越高，波长也越长

D．玻璃内气泡看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射出的原因

11．你现在正在完成90分钟的物理期中考试，假设一艘飞船相对你以的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间（　　）

A．大于90分钟 B．等于90分钟 C．小于90分钟 D．不能确定

12．在人类历史的长河中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。以下关于几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是（　　）

A．伽利略用“月一地检验”证实了万有引力定律的正确性

B．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学否定了牛顿力学

C．牛顿利用扭秤装置，第一次较准确地测出了引力常量G的值

D．开普勒用20年的时间研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律

13．如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为9m，教室中间位置有一光源。有一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为c．飞行器中的飞行员认为（　　）

A．教室中的时钟变快

B．教室的长度大于9m

C．从光源发出的光先到达教室后壁

D．光源发出的光，向后的速度小于c

14．由爱因斯坦创立的相对论，对现代物理学的发展和现代人类思想的发展有着巨大的影响，从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。下列关于相对论的说法中，正确的是（ 　　）

A．由质能方程E=mc2可知，质量就是能量

B．在任何参考系中，光在真空中的速度都保持不变

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快

D．火箭以0.5倍的光速从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度变短了

15．如图所示，a．b．c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b．c分别放在以速度vb．vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb大于vc，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为（　　）

A．a B．b C．c D．无法确定

16．相对于地球的速度为v的一飞船，要到离地球为5光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为3光年，则v应为（　 　）

A． B． C． D．

17．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，以速度v乙和v丙朝同一方向远离地球飞行，v乙<v丙。地面上的观察者看(     )

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. 甲．乙．丙时钟快慢一样

18．下列说法中正确的是（　　 ）

A．变化的电场一定产生变化的磁场

B．电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性

C．雨后阳光下公路积水表面漂浮的油膜呈现彩色，这是光的折射现象

D．考虑相对论效应，杆沿自身长度方向高速运动时比静止时长

参考答案与试题解析

1．【答案】C

【解析】根据长度收缩效应可知，排球的水平方向的线度变短，在竖直方向线度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球，故应选C。

2．【答案】D

【解析】物体温度越高发射的电磁波波长越短，频率越高，所以在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度低。太阳发出的光和热来自于太阳上的氢核聚变反应。太阳系中距离太阳越近的行星，公转速度越大，周期越小。答案选D。

3．【答案】A

【解析】一根杆的长度静止时为，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，A错误；经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，B正确；由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，C正确；根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，D正确．

4．【答案】B

【解析】

...............

5．【答案】B

【解析】

试题分析：根据狭义相对论的推论：沿运动方向动尺变短，所以A错误；根据多普勒效应，遥远天体相对于地球远离，地球接收到的该天体的光谱将红移，反之将紫移，而其接收频率与相对速度有关，所以B正确；任何波均有反射．干涉．衍射现象，所以C错误；受迫振动的频率取决于驱动力的频率，与固有频率无关，所以D错误。

考点：本题考查相对论．多普勒效应．电磁波．受迫振动

6．【答案】A

【解析】由相对论的基本原理可知，选项A正确。

7．【答案】A

【解析】一张长方形宣传画长5m．高3m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，
根据相对论效应l=l0 ，
司机测量时宣传画的长度变成5×0.6=3m，即图形是边长为3m的正方形．

8．【答案】C

【解析】在宇宙飞船上观测到的时间Δt′＝10 min，宇宙飞船的速度v＝0.8c，

Δt＝ min＝16.6 min.

9．【答案】C

【解析】原子核反应经过裂变或聚变时，质量会发生亏损，损失的能量以能量的形式释放，根据质能方程可知释放的能量为：，C项正确。

10．【答案】A

【解析】【考点】* 长度的相对性；全反射

【分析】根据相对论分析火箭的长度的变化；拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以玻璃反射的偏振光的强度；水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射．

【解答】解：A．在根据相对论尺缩效应可知，地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些．故A正确；

B．玻璃的反射光属于偏振光，拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射的偏振光的强度．故B错误；

C．在同种均匀介质中传播的声波的波速是相等的，根据公式：v=fλ可知，频率越高，波长也越短．故C错误；

D．水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射．故D错误；

故选：A

【点评】本题考查了长度的相对性．光的偏振现象．光的反射与全反射等；知识点多，难度小，关键是多看书，记住相关知识点．

11．【答案】A

【解析】

ABCD．根据狭义相对论可知，飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间由公式可知

所以飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间大于90分钟。故A正确，BCD错误。

故选A。

12．【答案】D

【解析】

A．牛顿用“月一地检验”证实了万有引力定律的正确性，选项A错误；

B．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学并不否定牛顿力学，选项B错误；

C．卡文迪许利用扭秤装置，第一次较准确地测出了引力常量G的值，选项C错误；

D．开普勒用20年的时间研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律，选项D正确。

故选D。

13．【答案】C

【解析】

AB．根据爱因斯坦的相对论，可知飞行器中的飞行员认为看到教室中的时钟变慢，教室的长度变短，即长度小于9m，选项AB错误；

C．教室中的人认为，光向前向后传播的速度相等，光源在教室中央，光同时到达前后两壁．飞行器中的飞行员是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向后壁传播的路程短些，到达后壁的时刻早些，选项C正确。

D．根据光速不变原理，不论光源与观察者之间做怎样的相对运动，光速都是一样的，选项D错误；

故选C。

14．【答案】D

【解析】

A．由质能方程E=mc2可知，一定的质量总是与一定的能量相对应，并不是质量就是能量，选项A错误；

B．根据光速不变原理，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相同的。故B错误；

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上慢。故C错误；

D．火箭船以0.5c的速率飞行时，根据尺缩效应可知火箭长度变小，故D正确；

故选D。

15．【答案】B

【解析】

根据

可知，相对观察者的速度越大，其上的时间越慢，a放在水平地面上，在地面上的人看来，a钟没有变化，b．c均变慢，且vb大于vc，b钟比c钟更慢，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为b，B正确。

故选B。

16．【答案】D

【解析】

根据距离的相对性公式，有

则有

代入数据有

解得

故选D。

17．【答案】C

【解析】试题分析：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；

甲时钟放在地面上，在地面上的人看来，甲钟没有变化．乙．丙两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，乙．丙变慢，由于，丙钟比乙钟更慢，所以甲钟最快，丙钟最慢，C正确．

18．【答案】B

【解析】【来源】山东省潍坊市第一中学2019-2020学年高二（下）期末考试物理试题

A．根据麦克斯韦理论可知，只有周期性变化的电场产生变化的磁场，故A错误；

B．衍射是波的特有现象，电子的衍射图样证实了实物粒子具有波动性，故B正确；

C．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的薄膜干涉造成的，故C错误；

D．考虑相对论效应，根据长度与速度关系公式

可知，沿自身长度方向高速运动的杆长总比静止时的杆长短，故D错误。

故选B。