物理必修 第二册5.3 相对论的时空观与宇宙演化同步训练题

【精挑】5.3相对论的时空观与宇宙演化-1优质练习

一．单项选择

1．如图所示，两艘飞船A，B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为（接近光速）。地面上测得它们相距为，根据相对论时空观，则A测得两飞船间的距离（　　）

A．大于 B．等于 C．小于 D．与无关

2．已 知太阳内部进行激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为3.8×1026 J，则可算出（　　）

A．太阳的质量约为4.2×106 t

B．太阳的质量约为8.4×106 t

C．太阳的质量每秒钟减小约为4.2×106 t

D．太阳的质量每秒钟减小约为8.4×106 t

3．下列物体的运动，不能用经典力学描述的是（　　）

A．“复兴”号列车高速行驶 B．电子以接近光的速度运动

C．“神舟十号”飞船在轨道上运行 D．“辽宁”号航空母舰在大海上航行

4．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

5．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

6．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

7．下列关于历史人物与其在物理学上的主要贡献的说法正确的是（　　）

A．亚里士多德认为：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因

B．法拉第坚持了长达十年的实验探究，终于发现了电流的磁效应

C．历史上关于光的本性的争论，牛顿是“波动说”的主要代表人物

D．爱因斯坦创立了相对论

8．下列属于狭义相对论结论的是（　　）

9．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

10．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)

11．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

12．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

13．如图所示，乒乒乘坐速度为0.8c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的宝宝，宝宝的飞行速度为0.6c，乒乒向宝宝发出一束光进行联络，则宝宝观测到该光束的传播速度为（　　）

A.0.4c B.1.4c C.1.0c D.0.2c

14．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

15．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

16．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

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

18．一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

参考答案与试题解析

1．【答案】A

【解析】

根据

L0为在相对静止参考系中的长度，L为在相对运动参考系中的长度，地面上测得它们相距为L，是以高速飞船为参考系，而A测得的长度为以静止参考系的长度，大于L。

故选A。

2．【答案】C

【解析】由质能方程知，太阳每秒钟因辐射能量而失去的质量为＝4.2×109 kg＝4.2×106 t，故C正确．

3．【答案】B

【解析】

经典力学描述的是宏观低速运动的物体，“复兴”号列车高速行驶．“神舟十号”飞船在轨道上运行．“辽宁”号航空母舰在大海上航行都属于宏观低速，经典力学能适用；而电子以接近光的速度运动属于高速．微观运动，不再适用于经典力学。

故选B。

4．【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．

5．【答案】B

【解析】

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

6．【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．

7．【答案】D

【解析】

A．亚里士多德认为：力是维持物体运动状态的原因，伽利略认为：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，故A错误；

B．法拉第坚持了长达十年的实验探究，终于发现了电磁感应现象，故B错误；

C．历史上关于光的本性的争论，牛顿是“粒子说”的主要代表人物，故C错误；

D．爱因斯坦创立了相对论，故D正确。

故选D。

8．【答案】A

【解析】A．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．故A正确
B．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；故B正确
C．光线在引力场中弯曲与广义相对论有关．故C错误
D．水星近日点的进动与广义相对论有关，故D错误

9．【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。

10．【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。

11．【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。

12．【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。

13．【答案】C

【解析】考点:* 爱因斯坦相对性原理和光速不变原理.

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．所以宝宝观测到该光束的传播速度为C，所以ABD错误，C正确．

故选：C．

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．基础题目．

14．【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。

15．【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。

16．【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。

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】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.