第六章 相对论与天体物理 单元过关检测（word解析版）

2021-2022学年鲁科版选修3-4
第六章
相对论与天体物理
单元过关检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列说法不正确的是（
）
A．麦克斯韦预言了光是横波，并且首次用实验验证了光是横波
B．高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了
C．在磁场中做圆周运动的带电粒子会发出电磁波
D．过强或过长时间的紫外辐射、X射线或γ射线的作用，会对人体（眼镜、皮肤、血液、神经系统、生殖系统等）造成危害
2．在狭义相对论中，下列说法中正确的是（　　）
A．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速
B．狭义相对性原理指出，力学规律在任何参考系中都是相同的
C．在一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生
D．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变长了
3．下列说法正确的是（　　）
A．单摆的摆球在通过最低点时合外力等于零
B．有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带是薄膜干涉现象
C．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
D．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大
4．某物体在静止时的质量为，在速度为v的高速（接近光速）情况下质量为m，则由狭义相对论可知物体速度v为（
）
A．
B．
C．
D．
5．下列对爱因斯坦质能方程的理解正确的是（
）
A．中能量E其实就是物体的内能
B．公式适用于任何类型的能量
C．由知质量与能量可以相互转化
D．不适合用来计算电池中的化学能
6．以下哪些属于相对论的基本假设（　　）
A．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是不相同的
D．宇宙飞船绕地球的运动不适用于牛顿力学
7．下列说法正确的是（
）
A．单缝衍射实验中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越明显
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理
C．机械波传播过程中，某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离
D．地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变快了
8．下列说法正确的是(　　)
A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B．水面波是一种机械波
C．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇时，波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2
D．一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率不变
E.相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
9．下列说法正确的是（
）
A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜及全息照相都是利用了光的全反射原理
C．泊松亮斑支持了光的波动说
D．相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了
E.含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可以发生色散
10．下列说法中正确的有（　　）
A．泊松亮斑说明光具有波动性
B．电磁波在各种介质中的速度相等
C．光线通过强引力场时会发生弯曲
D．在水中同一深处有红、黄、绿三个小球，岸上的人看到的是绿球最浅
E.某波源振动的频率是1000Hz，当观察者和波源相互靠近时，波源的频率变大
11．在相对论效应下，系相对系向右速度，系中杆向上运动，速度为，那么在系看来杆的形态如何（　　）
A．杆倾斜，端偏上，A端偏下
B．杆倾斜，端偏下，A端偏上
C．杆不倾斜
D．杆的整体长度缩短
12．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．麦克斯韦关于电磁场的两个基本观点是：变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场
C．部队过桥不能齐步走而要便步走,是为了避免桥梁发生共振现象
D．狭义相对论认为：一切物理规律在不同的惯性参考系中都相同
E.用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．查阅资料，了解时空弯曲的天文学依据，写一篇相关的科技报道，在班组会上交流。
14．如果飞船以0.75c的速度从你身边飞过，飞船上的人看飞船上的一个灯亮了10
min，你观测到这个灯亮的时间约为多少？
15．一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s.问电子的质量是增大了还是减小了？改变了百分之几？
16．一飞船以u＝9×103m/s的速率相对于地面飞行，飞船上的钟走了5s，用地面上的钟测量经过了多长时间？
参考答案
1．A
【解析】
试题分析：麦克斯韦预言了光是电磁波，没有预言是横波，证明光是电磁波的是赫兹，故选项A错误；根据爱因斯坦的相对论，选项C正确；在磁场中做圆周运动的带电粒子产生周期性变化的电场，又会产生周期性变化的磁场，并向外传播，即会产生电磁波，选项C正确；过强或过长时间的紫外辐射、X射线或γ射线的作用，会对人体造成危害，选项D正确，故不正确的选项是A
考点：物理学史
相对论
麦克斯韦电磁场理论
射线的危害
2．A
【详解】
A．在狭义相对论中，速度的极限是光速，一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速，故A正确；
B．在任何惯性参考系中，力学规律是相同的，在非惯性参考系中，力学规律是不同的，故B错误；
C．根据狭义相对论可知，一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中不是同时发生，故C错误；
D．地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，故D错误。
故选A。
3．B
【详解】
A．单摆的摆球在通过最低点时，回复力等于零，而合外力一定不等于零，故A错误；
B．薄而透明的羽翼上出现彩色光带，是由于羽翼前后表面反射，进行相互叠加，是薄膜干涉现象，故B正确；
C．均匀变化的电场产生稳定磁场，非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故C错误；
D．根据相对论，则有沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度短，故D错误。
故选：B。
4．B
【详解】
根据
可得
故选B。
5．B
【详解】
A．中能量包括静质能和动能，而非物体的内能，A错误；
BD．也可以计算电池中的化学能，适用于任何类型的能量，B正确，D错误；
C．物体具有的质量与质量对应的能量称为质能，表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化，C错误。
故选B。
6．B
【详解】
爱因斯坦提出的两条基本假设为相对性原理和光速不变原理，相对性原理即在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，光速不变原理即为光在真空中总是以确定的速度c传播，速度的大小与光源的运动状态无关，故B正确，A、C、D错误。
故选B。
7．B
【详解】
A．单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越不明显，故A错误；
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，故B正确；
C．波在一个周期内向前传播的距离等于波长，并质点不会随波迁移，故C错误；
D．根据狭义相对论的钟慢效应可知，在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中时钟会变慢，故D错误；
故选B。
8．ABE
【解析】
【详解】
在同一地点，重力加速度g为定值，根据单摆周期公式T＝2π可知，周期的平方与摆长成正比，A正确；水面波是有机械振动的，在介质（水）中传播的一种波，是一种机械波，B正确；波峰与波峰相遇处质点的振动加强，其振幅为两者振幅的和，但质点依然在平衡位置附近做往复运动，因此位移不断变化，C错误；在同种介质中，超声波的传播速度保持不变，根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源发出的频率，频率会变高，D错误；相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，E正确．
9．ACE
【详解】
A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，选项A正确；
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，而全息照相是利用光的干涉原理，选项B错误；
C．泊松亮斑支持了光的波动说，选项C正确；
D．相对论认为竖直向上高速运动的球在竖直方向上变扁了，选项D错误；
E．含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可以发生色散，选项E正确。
故选ACE。
10．ACD
【详解】
A．泊松亮斑是光具有波动性的有力证据，故A正确；
B．电磁波在各种介质中的传播速度不相等，故B错误；
C．根据相对论的理论，光线经过强引力场附近时会发生弯曲，故C正确；
D．在水中同一深处有红、黄、绿三个小球，根据光的折射定律可知视深：，其中n是水相对于各种色光的折射率．由于三种色光中绿色光的折射率最大，所以岸上的人看到的是绿球最浅，故D正确；
E．根据多普勒效应可知，当观察者和波源相互靠近时，波源的频率不变，观察者接受到的频率发生变化，故E错误．
故选ACD。
11．BD
【详解】
考虑到相对论速度变换，导体杆相对于系在向右上方向运动，沿运动方向分量有尺缩效应，垂直于速度方向长度分量不变，所以杆向右下方，整体长度缩短。
故选BD。
12．BCD
【分析】
狭义相对论的两条基本假设：①物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系．②任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的．
【详解】
A、拍摄玻璃窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片是为了滤去反射光而不是增加透射光的强度，故A错误．B、由麦克斯韦的电磁理论，变化的电场一定产生磁场，同样，变化的磁场产生电场，故B正确．C、部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象，故C正确．D、狭义相对论的两条基本假设是光速不变原理和相对性原理，相对性原理是：一切物理规律在不同的惯性参考系中都相同，故D正确．E、用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，不是光的偏振现象，故E错误．故选BCD．
【点睛】
本题综合考查了3-4模块的狭义相对论、光的偏振、麦克斯韦电磁场理论以及共振的防止与应用．
13．见解析
【详解】
在爱因斯坦的广义相对论里，引力被认为是时空弯曲的一种效应。这种弯曲是因为质量的存在而导致。通常而言，在一个给定的体积内，包含的质量越大，那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。当一个有质量的物体在时空当中运动的时候，曲率变化反应了这些物体的位置变化。在某些特定环境之下，加速物体能够对这个曲率产生变化，并且能够以波的形式向外以光速传播。这种传播现象称之为引力波。在过去的六十年里，有许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在做出了无数努力。其中最著名的要数引力波存在的间接实验证据--脉冲双星PSR1913+16。1974年，美国麻省大学的物理学家泰勒（Joseph?Taylor）教授和他的学生赫尔斯（Russell?Hulse）利用美国的308米射电望远镜，发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统。泰勒和他的同行在之后的30年时间里面对PSR1913+16做了持续观测，观测结果精确地按广义相对论所预测的那样：周期变化率为每年减少76.5微秒，半长轴每年缩短了3.5米。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据。
14．约15
min
【详解】
设观测灯亮的时间为t，则
t=
min=15
min
15．增大了，0.02%
【解析】
试题分析：应用相对论有关相对论质量公进行分析求解．
根据爱因斯坦的狭义相对论得，运动后的质量增大了，且，所以改变的百分比为×100%＝0.02%．
点睛：本题主要考查了相对论中同时的相对性和时空相对性的含义，理解由相对论得出的相对论质量表达式的含义．
16．5.000000002s
【详解】
飞船上的钟走的时间ΔT＝5s，用地面上的钟测量经过的时间
Δt＝
带入数值计算得
s≈5.000000005s