高中物理沪科版（2020）必修第二册第二节 相对论初步课后练习题

2022—2023学年高一教科版（2019）必修第二册

第五章     经典力学的局限性与相对论初步

第六章     单元检测卷1（含解析）

一、单选题（共35分）

1．在物理理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。下列关于科学家和物理规律说法正确的是（       ）

A．牛顿的万有引力定律仅适用于天体之间

B．开普勒发现了行星的运动规律

C．相对论时空观表明牛顿力学已不再适用

D．牛顿通过实验测出了万有引力常量，证实了万有引力定律的存在

2．如图所示，强强乘坐速度为（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，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光速的传播速度为（　　）

A． B． C． D．

3．关于牛顿力学，下列说法正确的是（　　）

A．牛顿力学无法解决微观物体的运动问题

B．在不同的参考系中光的传播速度都相同，这与牛顿力学规律相符

C．物体在以接近光速运动时所遵从的规律是与牛顿力学相符的

D．牛顿力学既适用于宏观、低速运动问题，又能用于高速运动问题

4．下列说法中不正确的是（　　）

A．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

B．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小

C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0

D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了

5．物理学的发展促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　）

A．开普勒发现了万有引力定律

B．卡文迪许通过实验测出了引力常量G

C．相对论的创立表明经典力学已不再适用

D．伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”

6．关于经典力学的适用范围和局限性，下列说法正确的是（　　）

A．经典力学过时了，应该被相对论和量子力学所取代

B．由于超音速飞机的速度太大，其运动不能用经典力学来解释

C．人造卫星的运动不适合用经典力学来描述

D．当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述

7．下列关于电磁波以及相对论的说法中正确的有（　　）

A．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围也一定产生变化的电场

B．在振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时电路中的电流也最大

C．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长越来越短，速度越来越大

D．根据狭义相对论可知，真空中的光速在一切惯性参考系中都是不变的

二、多选题（共25分）

8．下列说法正确的是（　　）

A．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使景像更清晰，这是利用了光的偏振原理

B．在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大

C．用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应

D．.以接近光速在竖直方向上做高速运动的球体，在水平方向上长度变短了

9．下面说法中正确的是（　　）

A．当物体运动速度远小于光速时，相对论物理学和牛顿力学的结论没有区别

B．当物体运动速度接近光速时，相对论物理学和牛顿力学的结论没有区别

C．当普朗克常量h可以忽略不计时（h=6.63×10－34J·s），量子力学和牛顿力学的结论没有区别

D．当普朗克常量h不能忽略不计时（h=6.63×10－34J·s），量子力学和牛顿力学的结论没有区别

10．下列说法中正确的是（　　）

A．光导纤维的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大

B．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水中射向气泡时在气泡表面发生了全反射

C．某人在速度为0.5c的飞船上打开一光源，则这束光相对于地面的速度应为1.5c

D．2021年12月9日，航天员王亚平老师进行了太空授课，在“水球光学实验”中，透过含有气泡的水球可以看到一正一反的两个人像，都是由光的折射引起的

E．光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影精细图的能力，在透镜和硅片之间填充液体。紫外线进入液体后波长变短，光子能量增加

11．按照爱因斯坦的广义相对论，下列说法中正确的是（　　）

A．天体之间的引力作用是时空弯曲的表现

B．光线经过太阳附近时会发生弯曲

C．氢原子发射的光从太阳传播到地球时，它的频率要比地球上氢原子发射的光的频率低

D．光在真空中任何情况下都是沿直线传播的

12．下列关于经典力学说法正确的是（　　）

A．观察、实验、假说、验证等是物理学科的基本研究方法

B．分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等是物理学科中常用的思维方法

C．近代自然科学建立起实证科学的方法论传统，其主要特点是实验与数学结合：从实验事实出发，通过数学推演建立理论体系，然后，再用实验或观测去验证理论的正确性

D．实证科学方法的建立，使人们判别真理的标准从盲目的信仰转向理性与实践，使科学在整个文化中的地位不断提高

三、解答题（共40分）

13．查阅资料，了解关于宇宙起源的理论，说说每种理论的内容及科学依据。

14．查阅资料，了解宇宙学的新发展，以小论文或幻灯片等形式进行班级展示。

15．相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短是否同一回事？

16．简单分析伽利略相对性原理和爱因斯坦相对性原理的相同点和不同点．

参考答案

1．B

【解析】

【详解】

A．牛顿的万有引力定律适用于可看成质点的两个物体之间，故A错误；

B． 开普勒利用第谷长期观测的数据，发现了行星的运动规律，故B正确；

C．相对论时空观并没有推翻牛顿力学，只是表明牛顿力学具有一定的局限性，故C错误；

D．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故D错误。

故选B。

2．C

【解析】

【详解】

根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观测到的光速为1.0c，故C正确，ABD错误。

故选C。

3．A

【解析】

【详解】

AD．牛顿力学的适用范围是宏观低速的运动问题，对于微观高速物体的运动无法解决，故A正确，D错误；

B．在不同的参考系中光的传播速度都相同，这与牛顿力学规律不相符，牛顿认为同一物体取不同的参考系，物体的运动的是不同的，故B错误；

C．物体在以接近光速运动时所遵从的规律是与爱因斯坦相对论符合的，与牛顿定律不符，故C错误；

故选A。

4．C

【解析】

【详解】

A．经典物理学家认为，空间是绝对的，杆的长度与观察者相对其是否运动无关，故A说法正确，不符合题意；

B．狭义相对论认为，沿杆子方向运动的杆子的长度比它静止时的长度短，故B说法正确，不符合题意；

C．当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C说法错误，符合题意；

D．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，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，故D说法正确，不符合题意。

故选C。

5．B

【解析】

【详解】

A．牛顿发现了万有引力定律，A错误；

B．卡文迪许通过扭秤实验测出了引力常量G，B正确；

C．相对论的创立并不表明经典力学已不再适用，在宏观、低速的情况下，经典力学仍然适用，C错误；

D．伽利略根据理想斜面实验指出物体的运动不需要力来维持，D错误；

故选B。

6．D

【解析】

【详解】

A．经典力学不会过时，在低速宏观物理过程中适用，不可替代，A错误；

B．超音速飞机的速度远低于光速，其运动能用经典力学来解释，B错误；

C．人造卫星的运动速度远低于光速，适合用经典力学来描述，C错误；

D．当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述，D正确。

故选D。

7．D

【解析】

【详解】

A．在非均匀变化的电场周围才能产生变化的磁场，而均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场。同理在非均匀变化的磁场周围才能产生变化的电场，而均匀变化的磁场周围产生的是稳定的电场。故A错误；

B．在振荡电路中，电容器刚放完电时，电路中的电流才是最大，故B错误；

C．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长越来越短，但速度均为光速，故C错误；

D．根据狭义相对论可知，真空中的光速在一切惯性参考系中都是不变的，故D正确。

故选D。

8．AC

【解析】

【分析】

【详解】

A．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片，可以滤去水面的反射光，使景像更清晰，A正确；

B．在光的双缝干涉实验中，根据条纹间距公式

当只增大双缝间的距离，则条纹间距变小，B错误；

C．紫外线有显著的荧光效应，用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应，C正确；

D．竖直向上高速运动的球体，水平方向上没有变化，竖直方向变短了，D错误。

故选AC。

9．AC

【解析】

【分析】

【详解】

牛顿力学可以认为是相对论物理学在低速（远小于光速）状态下的特例，是量子力学在宏观（h可以忽略不计）状态下的特例。

故选AC。

10．ABD

【解析】

【详解】

A．由全反射条件知光导纤维的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，A正确；

B．光束从水中射向气泡，当入射角等于或大于临界角时，出现全反射现象，则水中的气泡看起来特别明亮，B正确；

C．在速度为0.5c的飞船上打开一光源，根据光速不变原理，则这束光相对于地面的速度应为c，C错误；

D．水球具有中间厚，边缘薄的特点，因此水球相当于一个凸透镜，当物体在两倍焦距以外时成倒立，缩小的像。中间的气泡和周围的水，组成了一个凹透镜，凹透镜成正立缩小的虚像，所以两种情况都是光的折射现象，D正确；

E．紫外线在传播过程中无论进入何种介质，其频率v不变，根据

可知，光子能量不变，E错误。

故选ABD。

11．ABC

【解析】

【详解】

A．根据广义相对论，天体之间的引力作用是时空弯曲的表现，故A正确；

BD．根据广义相对论，物质的引力能够使光线弯曲，故B正确，D错误；

C．根据广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，太阳上氢原子发射的光的频率比地球上氢原子发射的光的频率低，故C正确。

故选ABC。

12．ABCD

【解析】

【详解】

物理学科的基本研究方法是观察、实验、假说、验证等，物理学科常用的思维方法是分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等，实证科学方法的主要特点是实验与数学结合，改变了人们的世界观。故选ABCD。

13．见详解

【解析】

【分析】

【详解】

据拉美社8月15日报道，加拿大科学家提出了有关宇宙起源的新理论：认为我们所认识的三维宇宙可能起源于一颗毁灭后变成四维空间的恒星。美国每日星系网站15日发表了这一理论。，当前最流行的“宇宙大爆炸”理论认为，宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的，天文学家和物理学家发现的多个科学现象--例如可观测宇宙的膨胀和原始引力波的存在等，令“宇宙大爆炸”理论得到进一步充实；

然而加拿大佩里米特理论物理研究所的专家认为，这个理论不能解释宇宙大爆炸之前是什么样的，而他们提出的新理论却对此作出了解释，关于宇宙起源的新理论认为四维宇宙的形成过程类似于当前三维宇宙的黑洞视界，专家认为，在我们的世界，所谓黑洞视界就是一个没有物质和能量回归的点。如果任何粒子，包括光子穿过这个点，都无法逃脱重力，那么它最终就会掉落到黑洞物质的中心。

14．见详解

【解析】

【分析】

【详解】

现代宇宙学的所谓“宇宙大爆炸论”是获得了所谓“诺贝尔奖”的所谓“宇宙起源”的理论，至今仍为宇宙学主流的基本观点，它是逐步发展而认为：

宇宙起源于温度高达1017K以上，密度极高的极小原始火球，在约137亿年前(迄今观测到最远星系距此约137亿光年)发生的一次大爆炸，这个大爆炸经10-35s结束，温度达1027K，在100s时，温度109K,氘和氦形成。接着据称会在约3分钟内形成所有天然元素，之后在引力作用下，逐渐形成各星系，太阳系、地球、细胞、植物动物、动物，直到人类；

特别是，其中认为：在那个大爆炸约一个月，温度107K时形成了辐射，因当时宇宙物质致密像笼子一样禁闭住所有的辐射，在那个大爆炸后10-30万年，随着物质密度的下降，辐射才挣脱束缚，退耦、传播出来，形成所谓“宇宙背景辐射”，它应能残留至今，因宇宙膨胀，估计已大大冷却至温度约5K；

它的主要依据是所谓“哈勃定理”，即：在一定距离范围观测表明：宇宙间星体发光频率的红移量是与其观测距离成正比的。于是，就判定：宇宙在膨胀，就认为这证明了“大爆炸宇宙论”的正确性；

1998年有两组天文学家的观测报告说，宇宙远处（约70亿光年）有几十颗显得异常昏暗的Ia型超新星，按“哈勃定理”得出：宇宙（70亿年前）在加速膨胀。

这就只能设想有所谓“反引力”（即斥力）的物质充满宇宙各处，正在猛烈拉开宇宙，而把它称为“暗能量”。

但是，虽经多年多种搜寻，至今却始终没能找到这种有所谓“反引力”（即斥力）性质的物质。至今仍为宇宙学主流重要的搜寻目标。

15．不是

【解析】

【分析】

【详解】

相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短不是同一回事；相对论中物体长度缩短是指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。

物体热胀冷缩的长度缩短是由于微观粒子之间由于温度变化引起分子距离的变化使得物体的长度变化。

16．相同点：原理中参考系均指的是惯性系，也即牛顿运动定律在其中成立的参考系，或者是相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系，描述的物理规律对所有惯性系都是等价的；

不同点：伽利略相对性原理中的物理规律指力学规律，仅对低速物体适用；爱因斯坦相对性原理中的物理规律指的是一切物理过程的规律，这里的物理过程也包括光现象在内。

【解析】

【分析】

【详解】

相同点：原理中参考系均指的是惯性系，也即牛顿运动定律在其中成立的参考系，或者是相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系，描述的物理规律对所有惯性系都是等价的；

不同点：伽利略相对性原理中的物理规律指力学规律，仅对低速物体适用；爱因斯坦相对性原理中的物理规律指的是一切物理过程的规律，这里的物理过程也包括光现象在内。