2021-2022学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册5.2相对论时空观 课时作业(Word版含答案)

5.2相对论时空观 课时作业（解析版）
一、选择题
1．伟大的科学家爱因斯坦，在物理学方面取得了巨大的成就。下列属于爱因斯坦主要贡献的是（　　）
A．建立了相对论 B．提出了焦耳定律
C．发现了万有引力定律 D．总结得出了牛顿第一定律
2．关于经典力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是（　　）
A．相对论和量子力学的出现彻底否认了经典力学
B．真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的
C．经典力学适用于宏观低速物体，也适用于微观高速物体
D．经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用范围内仍然成立
3．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
4．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
5．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（　　）
A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学
B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例
6．下列关于相对论的说法错误的是（　　）
A．相对论与量子力学否定了经典力学理论
B．真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的
C．狭义相对论只适用于惯性参考系
D．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
7．下列有关物理学史，不符合事实的是（　　）
A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在
B．伽利略认为，力学规律在任何惯性系中都是相同的
C．赫兹首先捕捉到了电磁波
D．康普顿提出了实物粒子也具有波动性的猜想
8．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
9．如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为（　　）
A．c＋v，c-v B．c，c
C．c-v，c＋v D．无法确定
10．在1905年爱因斯坦提出了《狭义相对论理论》，但此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下的观察到的不同现象，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都是相同的
C．物体在接近光速运动时，它的质量会变小
D．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大
11．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
12．以下说法中正确的是（　　）
A．光的偏振现象说明光是横波
B．根据相对论可知空间和时间与运动有关
C．麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在
D．圆盘衍射图样是中心有亮斑的同心等距圆环
13．下列说法正确的是（　　）
A．经典力学包含在相对论之中，是相对论的特例
B．广义相对论时一种新的时空与引力理论
C．物理学家牛顿在实验室利用扭称装置测出了万有引力常量
D．如果物体在地面上静止不动。任何人在任何参考系里测出的物体长度都是一样的
14．下列说法正确的是（ ）
A．一根长为L的长杆相对观察者沿杆方向以速度v运动时，观察者测得的长度为
B．光的偏振现象说了光是一种电磁波.
C．无线电波的发射能力与频率有关，频率越高发射能力越弱.
D．一个单摆在海平面上的振动周期为T，那么将其放在某高山之巅，其振动周期一定大.
E.根据单摆的周期公式，在地面附近，如果L→∞，则其周期T→∞.
F.利用红外摄影可以不受天气（阴雨，大雾等）的影响，因为红外线比可见光波长长，更容易绕过障碍物.
二、解答题
15．远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？
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．A
【详解】
爱因斯坦的主要贡献是建立了相对论；焦耳定律是焦耳总结出的；牛顿发现万有引力定律；牛顿总结出了牛顿第一定律。
故选A。
2．D
【详解】
A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，但并没有否认经典力学，选项A错误；
B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，选项B错误；
C．经典力学适用于宏观低速物体，不能适用于微观高速物体；选项C错误；
D．相对论的出现，并没有否定经典物理学，经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形，选项D正确。
故选D。
3．A
【详解】
ABC．根据狭义相对论的尺缩效应，如果梭镖相对于观察者运动，那么梭镖收缩变短，而管子长度不变，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，选项A正确，BC错误；
D．由光速不变原理，可知物体的速度不会超过光速，故D错误。
故选A。
4．D
【详解】
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。
5．D
【详解】
A．相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，故A错误；
B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错误；
C．牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误；
D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学中，故D正确。
故选D。
6．A
【详解】
A．经典力学研究的是宏观、低速、弱引力范围，相对论和量子力学分别研究的是高速和微观领域，只是研究的范围不同，并没有否定经典力学理论，故A错误，符合题意；
B．根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故B正确，不符合题意；
C．根据狭义相对论的基本假设可知，狭义相对论只适用于惯性参考系，对应非惯性系不适用，故C正确，不符合题意；
D．根据质速公式
m0是静止时的质量， m是物体以速度v运动时的质量，v等于零时，质量最小，故D正确，不符合题意。
故选A。
7．D
【详解】
A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，选项A正确，不符合题意；
B．伽利略认为，力学规律在任何惯性系中都是相同的，选项B正确，不符合题意；
C．赫兹通过实验首先捕捉到了电磁波，选项C正确，不符合题意；
D．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，选项D错误，符合题意。
故选D。
8．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。
9．B
【详解】
根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c。
故选B。
10．B
【详解】
A．在不同的惯性参考系中，一切物体的规律都是相同的，所以A错误；
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，所以B正确；
C．由相对论知
其中为物体静止时的质量，所以当物体在接近光速运动时，它的质量会变大，所以C错误；
D．由相对论可知
其中为物体相对静止的人的长度，则当物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变小，所以D错误。
故选B。
11．D
【详解】
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。
12．AB
【详解】
A．光的偏振现象说明光是横波，选项A正确；
B．相对论认为：空间和时间与物质的运动快慢有关，选项B正确；
C．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验验证了电磁波的存在，选项C错误；
D．圆盘衍射图样是中心有亮斑的同心不等距圆环，选项D错误。
故选AB。
13．AB
【详解】
A．经典力学是狭义相对论在低速（ ）条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，A正确；
B．广义相对论相是一种新的时空与引力的理论，它能很好地解释水星近日点的旋进现象，B正确；
C．牛顿发现了万有引力定律后，物理学家卡文迪许利用扭称装置比较精确地测出了引力常量，C错误；
D．根据狭义相对论的相对性原理，在不同的参考系中，测量的物体的长度不一定相同，D错误。
故选AB。
14．ADF
【详解】
一根长为L的长杆相对观察者沿杆的方向以速度v运动时，观察者测得的长度为，A正确；光的偏振现象说了光是一种横波，B错误；无线电波的发射能力与频率有关，频率越高发射能力越强，C错误；一个单摆在海平面上的振动周期为T，那么将其放在某高山之巅，由单摆的周期公式，g变小，其振动周期一定变大，D正确；根据单摆的周期公式，在地面附近，如果L→∞，不满足单摆的理想条件，周期公式不成立，E错误；利用红外摄影可以不受天气（阴雨，大雾等）的影响，因为红外线比可见光波长长，更容易绕过障碍物发生衍射，F正确．故选ADF.
【点睛】
考查光的相对论，掌握沿着运动方向长度才缩短，理解单摆的周期公式的条件，注意波的明显衍射条件．
15．3(昼夜)
【详解】
据钟慢效应有
即
5=
解得＝3昼夜。
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。
【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。