5.3相对论的时空观与宇宙演化 自主提升过关练（word版含解析）

5.3相对论的时空观与宇宙演化 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（　　）
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮 D．无法判断
2．下列说法正确的是（ ）
A．根据爱因斯坦的相对论可判断物体的质量与运动快慢无关
B．在电磁波接收过程中，使声音信号或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫调制
C．偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向（也称透振方向）的夹角从0°增大到90°的过程中，透过的光的强度越来越弱
D．麦克斯韦在实验中发现，当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环的空隙中产生火花，由此证实了电磁波的存在
3．根据狭义相对论下列说法正确的是（ ）
A．一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短
B．对于确定的物体，无论运动速度有多大，物体的质量都不会改变
C．宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了
D．宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了
4．由爱因斯坦创立的相对论，对现代物理学的发展和现代人类思想的发展有着巨大的影响，从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。下列关于相对论的说法中，正确的是（　　）
A．由质能方程E=mc2可知，质量就是能量
B．在任何参考系中，光在真空中的速度都保持不变
C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快
D．火箭以0.5倍的光速从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度变短了
5．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
6．爱因斯坦建立了广义相对论，并根据这一理论推导得出三个著名的预言：水星轨道近日点的进动；太阳引起的光线偏折；光波的重力红移。经过科学实验的检验，最终证实这些预言的理论计算与实验结果都能吻合。这说明广义相对论（　　）
A．是人类对客观世界的最终反映
B．被观察结果证实了理论的合理性
C．是客观事实检验过的绝对真理
D．比牛顿引力理论更具实用价值
7．相对于地球的速度为v的一飞船，要到离地球为5光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为3光年，则v应为（　　）
A． B． C． D．
8．年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为，地球质量为，引力常量为。则（　　）
A．，
B．，
C．地面上的观察者观察到飞船上的钟在近地点比在远地点走得更慢
D．根据相对论，飞船中的观察者发现静止于地面的钟走快了
9．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．
10．按照相对论的时空观，下列说法正确的是（　　）
A．时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的
B．在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的
C．运动物体的长度跟物体的运动快慢无关
D．在高速运动的飞机上，原子钟的计时会变快
11．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
12．下列有关物理内容的若干叙述中正确的是（　　）
A．小船过河的时间会因河中心附近水流速度逐渐增大而减少
B．接近光速的列车，地面上的人观测它在运动方向上的长度缩短
C．只要高度合适，北京上空也可能存在同步卫星
D．伽利略发现了行星运动的规律
13．以下说法正确的是（　　）
A．太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光，这是利用了光的干涉原理
B．在受迫振动中，驱动力的频率不一定等于物体的固有频率
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
D．宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时，地球上的人观察到飞船上的时钟变快
E.液晶显示器应用光的偏振制成
14．下列说法正确的是___________．
A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色的是光的色散现象，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，全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
C．做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏P上观察到干涉条纹，用红光替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样
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.在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短
15．下列说法中正确的是（　　）
A．做简谐运动的质点，经过四分之一周期，所通过的路程不一定等于振幅
B．声波从空气传入水中时频率变大，波长不变
C．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
D．假设火车以接近光速通过站台时，站台上旅客观察到车上乘客在变矮
E.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
二、解答题
16．一列火车以速度v相对地面运动（图）。如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？
17．在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍。试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？
参考答案
1．C
【详解】
因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件发生，后边的事件后发生可知C先被照亮。
故选C。
2．C
【详解】
A．根据爱因斯坦的相对论可判断高速运动的物体的质量与运动快慢有关，A错误；
B．在电磁波接收过程中，使声音信号或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫解调，B错误；
C．从实验现象可知，偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向（也称透振方向）的夹角从0°增大到90°的过程中，透过的光的强度越来越弱，C正确；
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，赫兹在实验中发现，当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环的空隙中产生火花，由此证实了电磁波的存在，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础，D错误。
故选C。
3．C
【详解】
A．根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，尺子若沿垂直于尺子方向高速运动，尺子的长度不会变化．故A错误；
B．根据狭义相对论的基本结论，速度越大，质量越大，故B错；
C．根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船是在做高速运动，所以飞船上的时钟变慢了，故C正确；
D．根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船的人观察飞船是不运动的，所以飞船上的时钟没有变慢了，正常走时，故D错。
故选C。
4．D
【详解】
A．由质能方程E=mc2可知，一定的质量总是与一定的能量相对应，并不是质量就是能量，选项A错误；
B．根据光速不变原理，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相同的。故B错误；
C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上慢。故C错误；
D．火箭船以0.5c的速率飞行时，根据尺缩效应可知火箭长度变小，故D正确；
故选D。
5．C
【详解】
A．哥白尼提出日心说，开普勒总结出行星运行的规律。故A错误；
B．开普勒认为所有行星轨道的半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等。故B错误；
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。故C正确；
D．爱因斯坦认为时间和空间都是相对的。故D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．些预言的理论计算与实验结果都能吻合，但是人类对客观世界的认识是无止境的，不是人类对客观世界的最终反映，A错误；
B．些预言的理论计算与实验结果都能吻合，已经被证实了理论的合理性，B正确；
C．这些预言的理论计算与实验结果都能吻合，但是都有一定的使用条件，不是绝对的真理，C错误；
D．水星轨道近日点的进动；太阳引起的光线偏折；光波的重力红移，与牛顿引力理论使用价值各有千秋，没法比较，D错误。
故选B。
7．D
【详解】
根据距离的相对性公式，有
则有
代入数据有
解得
故选D。
8．C
【详解】
AB．根据开普勒第二定律可知卫星在近地点的速度大于在远地点的速度，即
若卫星绕地心做轨道半径为的圆周运动时，根据
得
将卫星从半径r的圆轨道变轨到图示的椭圆轨道必须在近地点加速使其做离心运动，所以
故AB错误；
C．根据爱因斯坦的狭义相对论，运动具有延迟效应，故地面上的观察者看到飞船上的钟变慢了；由于近地点飞船的速度大，则地面上的观察者观察到飞船上的钟在近地点比在远地点走得更慢，故C正确；
D．根据相对论的延迟效应，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，故D错误。
故选C。
9．C
【详解】
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。
10．B
【详解】
A．相对论的时空观认为时间和空间与物体及其运动都有关系，故A错误；
B．相对论的时空观认为在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的，故B正确；
C．相对论的时空观认为运动物体的长度跟物体的运动快慢有关，故C错误；
D．相对论的时空观认为在高速运动的飞机上，原子钟的计时会变慢，故D错误。
故选B。
11．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。
12．B
【详解】
A．小船过河的时间取决于河宽及船在垂直河岸的分速度，与水速无关，A错误；
B．由爱因斯坦相对论中的尺缩效应可知，接近光速的列车，地面上的人观测它在运动方向上的长度缩短，B正确；
C．由引力作为向心力可得
同步卫星相对地球静止，运行周期24h，故只能定位在赤道上空固定高度处，C错误；
D．开普勒发现了行星运动的规律，D错误。
故选B。
13．ABE
【详解】
A．太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光，这是利用了光的干涉原理，A正确；
B．在受迫振动中，驱动力的频率不一定等于物体的固有频率，只是在驱动力的频率等于物体的固有频率时会发生共振现象，B正确；
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度，C错误；
D．宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时，根据时间的相对性，知时间间隔变长，地球上的人观察到飞船上的时钟变慢．D错误．
E．液晶显示器应用光的偏振制成，E正确；
故选ABE。
考点：光的干涉；受迫振动；光的偏振；相对论初步。
14．ACE
【详解】
A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，A正确；
B．全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有关的结果，B错误；
C．由可知用红光代替绿光照射单缝，将得到相邻条纹间距更大的干涉图样，C正确；
D．相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上没有变扁，D错误；
E．由可知，在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短，E正确。
故选ACE。
【点睛】
解决本题的关键知道衍射、干涉、色散的原理，知道它们的区别；相对论不是高中物理的重点内容，考查不会太深，只要知道相对论的基本内容，掌握基础知识即可正确解题；利用电磁波在真空中的传播速度一定，结合波速、波长、频率三者之间的关系解题。
15．ACE
【详解】
A．做简谐运动的质点，经过四分之一周期，所通过的路程不一定等于振幅，只有当质点从平衡位置或者最高点最低点开始振动时，经过四分之一周期所通过的路程才等于振幅，A正确；
B．声波从空气传入水中时频率不变，波速变大，则波长变大，B错误；
C．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，C正确；
D．根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮；D错误；
E．拍摄玻璃橱窗内的物品时，反射光属于偏振光，在镜头加偏振片的作用可以减弱玻璃的反射光的强度，E正确。
故选ACE。
16．闪光先到达前壁，原因见解析
【详解】
地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源的到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁。
17．1.155倍
【详解】
电子的静止质量为m，加速后的电子相对实验室的速度是0.5c，根据爱因斯坦的质速关系方程，有