沪科版 (2019)必修 第二册5.3 相对论的时空观与宇宙演化巩固练习

【精编】5.3相对论的时空观与宇宙演化-1课堂练习

一．单项选择

1．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．

2．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

3．下列说法正确的是（　　）

A．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

B．当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的波的频率会变小

C．X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官

D．相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态无关

4．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

5．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

6．下列表述正确的是（　　）

A．伽利略发现了万有引力定律

B．牛顿通过实验测出了万有引力常量

C．相对论的创立表明经典力学已不再适用

D．爱因斯坦建立了狭义相对论

7．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

8．能用来计时的钟表有多种，如图所示，从左到右依次为沙漏计时仪器．电子表．机械闹表．生物钟。由相对论的知识可知，物体的运动可以使得某一种计时仪器变慢，则也一定能使所有的计时仪器变得一样慢。则对上述表述理解正确的是(   )

A．正确，对各式计时仪器的影响一定相同

B．错误，对各式计时仪器的影响不一定相同

C．AB两个选项分别说明了两种不同情况下的影响

D．以上答案均错误

9．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

10．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

11．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

12．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

13．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

14．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

15．一物体在某行星表面受的万有引力是它在地球表面受到的万有引力的。在地球走得很准的摆钟搬到此行星上后，此钟的分针走一整圈所经历的时间实际上是（   ）

A.     B.     C. 2h    D. 4h

16．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

17．瑞典皇家科学院2018年10月2日宣布，将2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家阿瑟？阿什金．法国科学家热拉尔？穆鲁以及加拿大科学家唐娜？斯特里克兰，以表彰他们在激光物理学领域的突破性贡献。阿什金发明的光镊工具能够“夹”住微小如原子．病毒以及活细胞等物体。穆鲁和斯特里克兰发明了“啁啾（zhōu jiū）脉冲放大”技术。“啁啾”出自唐诗“到大啁啾解游飏，各自东西南北飞”，形容鸟的鸣叫。“啁啾脉冲放大”技术其原理为：将一段短脉冲在时域上展宽，然后放大，再进行压缩。此项技术已经成为高强度激光的标准，应用于众多领域。则下列关于激光的说法合理的是(   )

A. 某激光器产生超短脉冲时长为2.0×10-13s，能量为1.0J，则此激光超短脉冲的功率为5.0×1013W

B. 短脉冲激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，测得在该时间段内被测物体的移动距离，从而得到被测物体的移动速度。激光测速选取的时间间隔越长，测得物体移动的瞬时速度越准确

C. “啁啾”来源于鸟鸣，意即频率变化，“啁啾脉冲”技术中的短脉冲激光瞬时频率随时间的变化而变化

D. 利用光学镊子捕获活体细菌时，红外激光光镊比绿色激光光镊更容易杀死活体细菌

18．若宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系，当他发现飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底时，他作出的如下判断中，正确的是（   ）

A．此飞船一定是停在某个星球的表面上

B．此飞船一定是正在远离任何天体的空间加速飞行

C．此飞船可能是停在某个星球的表面上，也可能是正在远离任何天体的空间加速飞行

D．此飞船可能是在远离任何天体的空间中匀速飞行

参考答案与试题解析

1．【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。

2．【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.

3．【答案】C

【解析】

A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片用来滤掉部分反射光，使拍摄的物体更加清晰，A错误；

B．当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的波的频率会变大，B错误；

C．X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官，也就是X透视，C正确；

D．相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态有关，D错误。

故选C。

4．【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。

5．【答案】A

【解析】由相对论的基本原理可知，选项A正确。

6．【答案】D

【解析】A．B．牛顿发现了万有引力定律，但他没有测出了万有引力常量，是卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故AB错误．
C．相对论的创立并不表明经典力学已不再适用，实际上在宏观．低速的情况下经典力学仍能适用．故C错误．
D．爱因斯坦建立了狭义相对论．故D正确．

7．【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。

8．【答案】A

【解析】

根据爱因斯坦相对论的钟慢效应可知，若钟与观察者有相对运动，所有的钟都变慢，而且变慢的程度均相同，与钟的构造．原理无关。

故选A。

9．【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。

10．【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。

11．【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

12．【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。

13．【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．

14．【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。

15．【答案】C

【解析】

试题分析：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，所以此钟的分针走一整圈所经历的时间实际上是地球上分针走一圈的两倍即2h

故选C．

16．【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。

17．【答案】C

【解析】

【详解】A项：由公式，故A错误；

B项：时间间隔越短，该段时间内的平均速度越接近物体的瞬时速度，所以激光测速选取的时间间隔越短，测得物体移动的瞬时速度越准确，故B错误；

C项：“啁啾”来源于鸟鸣，即鸟叫的频率变化，所以“啁啾脉冲”技术中的短脉冲激光瞬时频率随时间的变化而变化，故C正确；

D项：由于红外线的能量比绿色光的能理更低，红外激光光镊比绿色激光光镊更难杀死活体细菌，故D错误。

故选：C。

18．【答案】C

【解析】

根据等效原理可知，可能是飞船处于某个星球的引力场中，也可能是飞船正在远离任何天体的空间加速飞行。

故选C。