高中物理沪科版 (2019)必修 第二册5.3 相对论的时空观与宇宙演化巩固练习

【名师】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．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

2．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

3．下列说法中正确的是

A．牛顿运动定律在任何情况下都是成立的

B．在任何参考系中，物体的运动速度都不能超过光速

C．一条沿自身长度方向高速运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大

D．同样的两件事，在不同的参考系中观测，时间间隔都相同

4．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

5．惯性系S中有一边长为l的正方形(如图所示)。从相对S系沿x轴方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是(   )

A． B．

C． D．

6．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

7．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)

8．下列属于狭义相对论结论的是（　　）

9．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

10．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

11．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

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．下列说法正确的有（　 　）

A．单摆的周期与振幅无关，仅与当地的重力加速度有关

B．相对论认为时间和空间与物质的运动状态无关

C．在干涉现象中，振动加强点的位移一定比减弱点的位移大

D．声源与观察者相互靠近，观察者接收的频率大于声源的频率

14．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．

15．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

16．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

17．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

18．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

参考答案与试题解析

1．【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．

2．【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。

3．【答案】A

【解析】

4．【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．

5．【答案】C

【解析】

根据相对性原理，当正方形沿x轴方向以接近光速匀速飞行时，在运动方向上会出现长度收缩效应，而在垂直于运动方向上则不会出现长度收缩效应，C正确。

故选C。

6．【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。

7．【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。

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】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。

10．【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。

11．【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。

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】

A．根据可知，单摆的周期与振幅无关，与当地的重力加速度以及摆长有关，选项A错误；

B．相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，长度缩短，时间变长，故B错误；

C．振动加强质点的振幅最大，位移不总是最大，在随着时间在变化，加强点可能处于波峰，也可能波谷，也可能在平衡位置；例如在某一时刻，振动加强质点处于平衡位置时，其位移等于零，此时可能小于振动减弱点的位移，故C错误；

D．根据多普勒效应可知，声源与观察者相对靠近，观察者所接收的频率大于声源发出的频率，故D正确。

故选D。

14．【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。

15．【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；

16．【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

17．【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。

18．【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．