高中物理沪科版 (2019)必修 第二册第5章 经典力学的局限性与相对论初步5.2 狭义相对论的基本原理练习

【优质】5.2狭义相对论的基本原理-1作业练习

一．单项选择

1．下列说法中正确的是(　　)

A．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题

B．在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c－v

C．在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋v

D．麦克耳孙—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的

2．康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞前．后的示意图。则碰撞后（　　 ）

A．光子的动量大小不变 B．光子的速度减小

C．光子的波长变长 D．电子的动量增加了

3．牛顿时代的科学家们围绕天体之间引力的研究，经历了大量曲折而又闪烁智慧的科学实践，在万有引力定律的发现及其发展历程中，下列叙述不符合史实的是（ 　　）

A．开普勒研究了第谷的行星观测记录，得出了开普勒行星运动定律

B．卡文迪许首次在实验室中比较准确地得出了引力常量G的数值

C．根据天王星的观测资料，天文学家利用万有引力定律计算出了海王星的轨道

D．20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和低速运动物体

4．在以光速c前进的特殊“列车”上向前发射一束光，在地面上的观察者看来这束光的速度是（    ）

A．0 B．c C．2c D．

5．下列说法正确的是（　 　）

A．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化

B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场

C．相对论认为：真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的

D．机械波和电磁波都能发生反射．折射．干涉和衍射现象，都能在真空中传播

6．下列说法中正确的是（　　）

A．被拍打的篮球上下运动是简谐运动

B．受迫振动的物体总以它的固有频率振动

C．当观察者和波源间存在相对运动时一定能观察到多普勒效应现象

D．在速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢

7．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中(　　)

A．真空中光速不变

B．时间间隔具有相对性

C．物体的质量不变

D．物体的能量与质量成正比

8．以下有关波动和相对论内容的若干叙述正确的是(　　)

A．单摆的摆球振动到平衡位置时，所受的合外力为零

B．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的

C．波在传播的过程中，介质质点将沿波传播的方向做匀速运动

D．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化

9．下列说法中错误的是（　　 ）

A．在同一均匀介质中，红光的传播速度比紫光的传播速度大

B．蜻蜓的翅膀在阳光下呈现彩色是由于薄膜干涉

C．应用多普勒效应可以计算出宇宙中某星球靠近或远离我们的速度

D．狭义相对性原理指出，在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的

10．如图，惯性参考系S有一直径为d的圆形。从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该圆形的图像可能是（　　）

A． B．

C． D．

11．下列叙述错误的是（　 　）

A．激光的反射也遵循反射定律

B．振荡的磁场会产生同频率的振荡的电场

C．只有声波才能发生多普勒效应

D．真空中的光速在不同的惯性参考系中测得的数值都是相等的

12．下列说法符合物理学史实的是（   ）

   A．开普勒发现了万有引力定律            B．牛顿首先测出了万有引力常量

   C．爱因斯坦认为时间和空间都是相对的    D．奥斯特发现了电磁感应定律

13．下列说法中正确的是（   ）

A．电磁波是纵波

B．单摆的摆长越长，摆动周期越小

C．照相机的镜头涂有一层增透膜， 利用的是光的衍射原理

D．狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的

14．下列说法中正确的是（　　 ）

A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化

B．受迫振动的固有频率会随驱动力频率的变化而变化

C．单摆的振动周期与摆球的质量有关

D．高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时短

15．下列关于恒星的颜色．温度与亮度的关系说法正确的是（　　）

A．恒星看上去越亮，温度越偏向蓝色

B．恒星看上去越亮，温度越高

C．恒星温度越低，颜色越偏向红色

D．恒星温度越低，温度越偏向蓝色

16．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的革命和创新，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（　　）

A.水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的衍射现象

B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，并通过实验加以证实

C.机械波和电磁波在介质中传播速度大小均只与介质有关

D.根据狭义相对论的原理可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

17．如图所示，沿平直铁路线有间距均为L的三座铁塔A．B和C，三座铁塔高也均为L．假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，列车上的观测者测得塔高       （选填“小于”．“等于”或“大于”）相邻塔间间距．当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得铁塔        （选填“A”或“C”）先被照亮．
 

18．在1905年爱因斯坦提出了狭义相对论理论，此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下观察到的不同现象，如果有接近光速运动下的物体时间和空间都会发生相应的变化，下列说法中正确的是（　　 ）

A．在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是不同的

B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的

C．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大

D．狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体

参考答案与试题解析

1．【答案】D

【解析】

2．【答案】C

【解析】

AC．光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由

可知光子的波长变长，故C正确，A错误；

B．由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；

D．由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于，故D错误。

故选C。

3．【答案】D

【解析】【来源】湖南省长沙市雅礼中学2020-2021学年高一（下）3月第一次质量检测物理试题

A．开普勒研究了第谷的行星观测记录，得出了开普勒行星运动定律，A正确，不符合题意；

B．卡文迪许首次在实验室中比较准确地得出了引力常量G的数值，B正确，不符合题意；

C．根据天王星的观测资料，天文学家利用万有引力定律计算出了海王星的轨道，C正确，不符合题意；

D．20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体，D错误，符合题意。

故选D。

4．【答案】B

【解析】【来源】第三章牛顿运动定律E.从牛顿到爱因斯坦

【详解】

光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的。即光在真空中沿任何方向的传播速度也是相同的；

A． 0，与结论不相符，选项A错误；

B．c，与结论相符，选项B正确；

C．2c，与结论不相符，选项C错误；

D．-c，与结论不相符，选项D错误；

5．【答案】C

【解析】【来源】四川省眉山市2019-2020学年高二（下）期末理综物理试题

A．当声源与观察者的间距发生变化时，出现多普勒效应的现象，原因是接收的频率发生变化，故A错误；

B．当变化是非均匀变化的则一定能产生变化的电场或磁场，当变化是均匀变化时，则不能产生变化的电场或磁场，只能产生稳定的电场或磁场，故B错误；

C．根据狭义相对论光速不变原理可知，真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的，故C正确；

D．电磁波和机械波都都能发生反射．折射．干涉和衍射现象，这是波的特有现象，机械波的传播需要介质，在真空中不能传播，故D错误。

故选C。

6．【答案】D

【解析】【考点】* 时间间隔的相对性；多普勒效应

【分析】物体做简谐运动的条件是回复力为F=﹣kx；做受迫振动的物体的振动频率与驱动力的频率相等，与物体的固有频率无关；多普勒效应是由于观察者和波源间位置的变化而产生的；在速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢．

【解答】解：A．根据质点做简谐运动的条件可知，做简谐运动的条件是回复力为F=﹣kx，被拍打的篮球上下运动显然不是简谐运动．故A错误；

B．做受迫振动的物体的振动频率与驱动力的频率相等，与物体的固有频率无关．故B错误；

C．当观察者和波源间存在相对运动时不一定能观察到多普勒效应现象，如观测者绕波源做匀速圆周运动．故C错误；

D．根据相对论的两个基本假设，在速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢．故D正确．

故选：D

【点评】该题考查选修3﹣4中的简谐振动的条件．受迫振动．相对论与机械波等，都是记忆性的知识点，要加强对这类知识点的积累，避免失分．

7．【答案】A

【解析】狭义相对论的基本假设有：(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．综上所述，只有A项正确

8．【答案】B

【解析】单摆的摆球在振动过程中沿圆弧运动，到达平衡位置时受到重力和绳子的拉力作用，两力均沿竖直方向，因物体做圆周运动需要向心力，故摆球所受的合力不为零，故A错误；据狭义相对论的基本假设可知B正确；波在传播的过程中，波源质点及介质质点在各自的平衡位置附近做机械振动，它们并不随波迁移，波传播的是机械振动这种运动形式，故C错误；两列波叠加产生干涉现象时，振动加强的点始终加强，振动减弱的点始终减弱，故D错误．

9．【答案】D

【解析】【来源】河南省郑州市中牟县2020-2021学年高二（下）期中物理试题

A．对于同一介质，红光比紫光的折射率小，即

由

可知红光的传播速度比紫光的传播速度大，故A正确，不符合题意；

B．蜻蜓的翅膀在阳光下呈现彩色是由于薄膜干涉，故B正确，不符合题意；

C．宇宙中的星球都在不停地运动，测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发出的光波的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度，故C正确，不符合题意；

D．狭义相对性原理指出，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D错误，符合题意。

故选D。

10．【答案】C

【解析】

由相对论知识

l＝l0

得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变，故选C。

11．【答案】C

【解析】

A．激光的反射也遵循反射定律，故A正确，不符合题意；

B．根据电磁波理论可知，振荡的磁场会产生同频率的振荡的电场，故B正确，不符合题意；

C．所有类型的波都能发生多普勒效应，故C错误，符合题意；

D．真空中的光速在不同的惯性参考系中测得的数值都是相等的，故D正确，不符合题意。

故选C。

12．【答案】C

【解析】

13．【答案】D

【解析】

A．电磁波是横波，A项错误；

B．根据得出摆长越长，摆动周期越大，B项错误；

C．增透膜利用的是光的干涉原理，C项错误；

D．狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的，D项正确。

故选D。

14．【答案】A

【解析】【来源】江苏省苏州市昆山市震川高级中学2020-2021学年高二（上）期中模拟测试物理试题

A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化，故A正确；

B．受迫振动的固有频率不会随驱动力频率的变化而变化，故B错误；

C．单摆振动的周期

可知单摆的振动周期与摆球质量无关。故C错误；

D．根据“尺缩钟慢”效应可知高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时长，故D错误；

故选A。

15．【答案】C

【解析】A．发光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关．所以恒星看上去越亮，温度不一定越高，故A．B错误．
C．恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．故C正确，D错误

16．【答案】D

【解析】【考点】： 物理学史；波的形成和传播．

【分析】： 本题根据常见的物理现象．物理学史等等知识进行解答．

解：A．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于油膜的上下表面对光的干涉形成的．故A错误；

B．历史上，麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，是赫兹通过实验对此进行了证实．故B错误．

C．机械波在介质中传播速度大小只与介质有关，而电磁波在介质中传播速度大小既与介质有关，还与电磁波本身的频率有关，故C错误．

D．根据狭义相对论的原理可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D正确．

故选：D

【点评】： 本题关键要掌握波动部分的物理学史，知道机械波和电磁波特性的差异，掌握相对论的基本原理．

17．【答案】C

【解析】沿AC方向以接近光速行驶，列车上的观测者测得塔高大于相邻塔间间距，列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮．故选C

18．【答案】B

【解析】【来源】山东省烟台招远市第二中学2020-2021学年高一（下）第一次月考物理试题（等级考）

A．根据相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是相同的，故A错误；

B．根据相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的，故B正确；

C．根据长度从相对论关系

可知， 当物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变小，故C错误；

D．狭义相对论即适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，故D错误。

故选B。