-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 同步练习(Word版含答案)

5.2相对论时空观 同步练习（解析版）
一、选择题
1．自古以来，人类就开始孜孜不息地探索自然界的基本运动规律，以下符合史实的是（　　）
A．波兰天文学家哥白尼提出“地心说”
B．牛顿最早提出“日心说”
C．丹麦天文学家第谷提出了太阳系行星运动的三大定律
D．爱因斯坦提出假说：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样
2．如图所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb大于vc，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为（　　）
A．a B．b C．c D．无法确定
3．在科学的发展历程中，许多科学家做出了杰出的贡献。下列叙述符合历史事实的是（　　）
A．卡文迪许通过实验测出了引力常量G
B．牛顿总结出了行星运动的三大规律
C．爱因斯坦发现了万有引力定律
D．开普勒建立了狭义相对论
4．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
5．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，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．牛顿发现了万有引力定律
B．“地心说”的代表人物是哥白尼
C．相对论的创立表明经典力学已不再适用
D．经典力学既适用于弱相互作用，也适用于强相互作用
6．当前，新型冠状病毒正在威胁着全世界人民的生命健康，红外测温枪在疫情防控过程中发挥了重要作用。红外线是电磁波，下列关于电磁波的说法错误的是
A．一切物体都在不停地发射红外线
B．紫外线有助于人体合成维生素D
C．医学上用X射线透视人体，检查体内病变等
D．光在真空中运动的速度在不同的惯性系中测得的数值可能不同
7．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
8．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
9．像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。下列说法正确的是（ ）
A．量子论和狭义相对论否定了经典力学
B．牛顿的万有引力理论适用于白矮星表面
C．相对论适用于任何情况下的任何物体
D．狭义相对论是时空观发展史上的一次大变革
10．下列说法中正确的是（ ）
A．雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的
B．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
C．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光变为红光，则条纹间距变宽
E.由红光和绿光组成的一束光束从水中射向空气，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光
11．下列说法正确的是（　　）
A．人耳听到的声波比超声波更容易发生明显衍射现象
B．在双缝干涉实验中，光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽
C．梳头发时梳子带了电荷，来回抖动梳子时会向外发射电磁波
D．狭义相对论认为，在惯性系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
E.火车鸣笛向我们驶来，我们听到的声音频率比声源振动的频率低
12．下列说法正确的是（　　）
A．除了光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不相同的
C．光的衍射现象否定了光的直线传播
D．肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是光的干涉现象造成的
E.圆屏阴影中心的亮斑（泊松亮斑）是光的衍射现象造成的
二、解答题
13．相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短是否同一回事？
14．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：
(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动；
(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。
参考答案
1．D
【详解】
AB．古希腊科学家托勒密提出了“地心说”，波兰天文学家哥白尼提出“日心说”，故AB错误；
C．德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律，故C错误；
D．爱因斯坦认为在真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
根据
可知，相对观察者的速度越大，其上的时间越慢，a放在水平地面上，在地面上的人看来，a钟没有变化，b、c均变慢，且vb大于vc，b钟比c钟更慢，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为b，B正确。
故选B。
3．A
【详解】
A．英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间的万有引力的测量，比较准确地得出了G的数值，故A正确；
B．德国天文学家开普勒通过研究丹麦天文学家第谷的行星观测记录，总结出了行星运动的三大规律，故B错误；
CD．牛顿发现了万有引力定律，爱因斯坦建立了狭义相对论，故CD错误。
故选A。
4．C
【详解】
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。
5．A
【详解】
A．人们一般都认为牛顿从观察到苹果落地就总结出了万有引力定律，故A正确；
B．“地心说”的代表人物是托米勒，“日心说”的代表人物是哥白尼，故B错误；
C．经典力学适用于宏观物体和低速运动的物体，对于微观世界和高速运动的物体不再适用，相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，故C错误；
D．经典力学只适用于弱相互作用，不适用于强相互 作用，故D错误。
故选A。
6．D
【详解】
A．一切物体都在不停地发射红外线，选项A正确，不符合题意；
B．适量照晒紫外线有助于人体合成维生素D，选项B正确，不符合题意；
C．医学上用X射线透视人体，检查体内病变等，选项C正确，不符合题意；
D．根据光速不变原理，知在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向的传播速度大小相等，故D错误，符合题意。
故选D。
7． 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。
8．C
【详解】
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。
9．D
【详解】
相对论和量子论的出现不是否定原有经典力学，而是明确经典力学只在一定条件下适用，白矮星由于引力极大，万有引力不能解释，相对论和经典力学一样不是任何条件都适用，故选D。
10．BDE
【解析】
【详解】
A．雷达发射的电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，A错误；
B．由多普勒效应知，声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率，B正确；
C．爱因斯坦狭义相对论指出，在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值，这叫光速不变原理，C错误；
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光变为红光，因红光波长较大，则条纹间距变宽，D正确；
E．由红光和绿光组成的一束光束从水中射向空气，由于绿光的折射率较大，由全反射临界角公式可知，绿光的全反射临界角较小，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光，E正确。
故选BDE。
11．ACD
【详解】
A．超声波比人耳听到的声波波长短，而波长越长越容易发生光的衍射，所以人耳听到的声波比超声波更容易发生明显衍射现象，A正确；
B．根据双缝干涉实验中相邻亮（暗）条纹的间距公式
可知，光的频率越高，波长越短，光屏上出现的条纹越窄，所以B错误；
C．梳头发时梳子带了电荷，来回抖动梳子时会产生变化的电磁场，即可向外发射电磁波；所以C正确；
D．狭义相对论认为，在惯性系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，所以D正确；
E．火车鸣笛向我们驶来，即波源与观察者相互靠近，我们听到的声音频率比声源振动的频率高，所以E错误。
故选ACD。
12．ADE
【详解】
A．除了光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光，故A正确；
B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，这是相对论的两个基本假设之一，故B错误；
C．光的直线传播是近似规律，光的衍射现象并没有否定光的直线传播的结论，故C错误；
D．肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜内外反射的光线，相互叠加产生的现象，这是光的干涉现象造成的，故D正确；
E．圆屏阴影中心的亮斑（泊松亮斑）是光绕过阻碍物射到中心位置，这是光的衍射现象造成的，故E正确；
故选ADE。
13．不是
【详解】
相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短不是同一回事；相对论中物体长度缩短是指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。
物体热胀冷缩的长度缩短是由于微观粒子之间由于温度变化引起分子距离的变化使得物体的长度变化。
14．(1)0.946c　(2)4.0s
【详解】
这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v=0.60c，彗星相对S系的速率ux=0.80c，
（1）由速度变换可得所求结果
即彗星以0.946c的速率向飞船靠近；
（2）由时间间隔的相对性有
解得
Δτ=4.0s