必修 第二册第2节 相对论中的神奇时空综合训练题

5.2相对论中的神奇时空基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）必修第二册

一、选择题（共15题）

1．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度和朝同一方向飞行的两个火箭上，且。地面上的观察者认为走得最快的时钟是（　　）

A．A时钟 B．B时钟

C．C时钟 D．无法确定

2．下列关于近代物理的说法，正确的是

A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱

B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现

C．光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难

D．质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是卢瑟福

3．在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是

A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了

B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了

C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了

D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了

4．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是(  )

A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了

B．弟弟思念哥哥而加速生长了

C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢

D．这是神话，科学无法解释

5．如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)

A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖

B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来

C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖

D．如果梭镖和管子都以光速c相向运动，则二者的相对速度是2c

6．下列说法中正确的是（　　）

A．红外线比红光波长短，它的显著作用是热作用

B．紫外线的频率比可见光低，它的显著作用是荧光作用

C．阴极射线来源于核外的自由电子，β射线来源于原子核内部核衰变得到的电子

D．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟走得同样快

7．甲和乙为两个不同的惯性参考系，惯性参考系甲相对惯性参考系乙以速度（接近光速）运动。则下列说法正确的是（       ）

A．甲中的人看到乙中一切物理过程都变快了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了

B．甲中的人看到乙中一切物理过程都变快了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变快了

C．甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变快了

D．甲中的人看到乙中一切物理过程都变慢了，乙中的人看到甲中一切物理过程都变慢了

8．在适当的时候,通过仪器可以观察到太阳后面的恒星,这说明星体发出的光(　　)

A．经太阳时发生了衍射

B．可以穿透太阳及其他障碍物

C．在太阳引力场作用下发生了弯曲

D．经过太阳外的大气层时发生了折射

9．用相对论的观点判断，下列说法错误的是(　　)

A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变

B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的

C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些

D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计

10．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是（　　）

A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了

B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了

C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化

D．火箭上的人看地面物体长度变短，时间进程变慢了

11．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面某处，vA＞vB，在A火箭上的人观察结果正确的是(  )

A．火箭A上的时钟走得最快     B．地面上的时钟走得最快

C．火箭B上的时钟走得最快     D．火箭B上的时钟走得最慢

12．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)

A．0.5c B．0.6c

C．0.8c D．0.9c

13．下列关于物理史实说法正确的是（　　）

A．哥白尼提出日心说，并总结出行星运行的规律

B．开普勒认为所有行星轨道的半长轴的二次方跟它公转周期的三次方的比值都相等

C．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了万有引力常量

D．爱因斯坦认为时间和空间都是绝对的

14．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

15．一辆轿车在山区的高速公路上以接近光速行驶，穿过众多隧道，已知隧道口为圆形，在将要抵达隧道时，下列说法正确的是（       ）

A．司机观察到的隧道口为椭圆形隧道的总长度变短

B．司机观察到的隧道口为圆形，隧道的总长度不变

C．司机观察到的隧道口为椭圆形，隧道的总长度不变

D．司机观察到的隧道口为圆形，隧道的总长度变短

二、填空题（共4题）

16．宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以0.8c(c为真空中的光速)远离地球，地球上的人看到宇宙飞船宽度________(选填“大于”“等于”或“小于”)l，飞船和地面上各有一只铯原子钟，地球上的人观察到________(选填“飞船上钟较快”“地面上钟较快”或“两只钟一样快”)。

17．—列火车的长度与某直线隧道长度相同，若火车接近光速穿过隧道，地面观察者甲看 到车头刚与隧道出口平齐时，车尾____________（选填在隧道外，与进口平齐，隧道内）；列车内观察者乙看到车头刚与隧道出口平齐时，车尾____________（选填在隧道外，与进口平齐，隧道内）；

18．如图所示，一列火车以速度v相对地面运动，地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁。若此光源安放在地面上，则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁；若此光源安放在火车上；则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁。

19．如图所示，在吹一个表面画有许多斑点的气球时会发现，随着气球的鼓起,斑点间的距离在不断变化。从任何一点出发，其他的点都可以以它为中心向四周散开，并且距离越远散开的速度越快。如果我们把这个气球比作宇宙，试回答下列问题

（1）根据多谱勒效应，当星系靠近观察者时，见到的星光光谱线向频率高的蓝光方向移动，反之则向红光方向移动。把气球上的斑点看作一个个星系，并选定一个作为太阳系。当我们把气球逐渐吹起时，以太阳系为观测中心，我们观测到的星系大多在向___________光方向移动，也就是说它们都在_____________（靠近/远离）太阳系，并且距离太阳系越远的星系移动的速度越_______________（快/慢）。

（2）实验说明大多数星系之间的距离都在______________,由此推测宇宙正处于____________之中。

三、综合题（共4题）

20．如果总能量是静能的k倍，求该粒子的速度.

21．同时的相对性是什么意思？为什么会有这种相对性？如果光速是无限大，是否还有这种相对性？

22．有三只完全相同的时钟，钟A放在地面上，钟B、C各放在一艘飞船上，两艘飞船分别以速度和朝同一方向飞行，。在地面上的观察者看来，哪只时钟走得最快？哪只时钟走得最慢？

23．一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90 m，相对地面以u＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过.

(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？

(2)航天员测得飞船自身通过观测站的时间间隔是多少？

参考答案：

1．A

2．C

3．A

4．C

5．A

6．C

7．D

8．C

9．A

10．A

11．A

12．C

13．C

14．A

15．D

16．     等于     地面上钟较快

17．     隧道内     隧道外

18．     前     前

19．     红     远离     快     变大     膨胀

20．

21．

（1）在某一参考系中，如一物理事件在某地 ，某时刻发生，另一物理事件在另一地，某时刻发生，若，我们就说这两个事件是同时发生的，但这个同时是在同一参考系中发生的，所以具有相对性。

（2）在参考系K中，两个事件是同时发生的，而在相对于K系以某一速度v运动的参考系中，两个事件不是同时发生的，即事件的同时性因参考系的选择而异，所以有这种相对性。

（3）如果光速c是无穷大，若两个事件在某一参考系中是同时发生的，则在所有参考系中，这两个事件都是同时发生的。因此，就没有同时的相对性，或者说同时性是绝对的。

22．A钟最快，C钟最慢。

23．（1） （2）