5.3相对论的时空观与宇宙演化课时练（Word版含答案）

5.3相对论的时空观与宇宙演化 课时提升练（解析版）
一、选择题
1．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
2．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．
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．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
5．若宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系，当他发现飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底时，他作出的如下判断中，正确的是（ ）
A．此飞船一定是停在某个星球的表面上
B．此飞船一定是正在远离任何天体的空间加速飞行
C．此飞船可能是停在某个星球的表面上，也可能是正在远离任何天体的空间加速飞行
D．此飞船可能是在远离任何天体的空间中匀速飞行
6．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′．则S和S′的大小关系是(　　)
A．S>S′ B．S＝S′
C．S7．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
8．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
9．能用来计时的钟表有多种，如图所示，从左到右依次为沙漏计时仪器、电子表、机械闹表、生物钟。由相对论的知识可知，物体的运动可以使得某一种计时仪器变慢，则也一定能使所有的计时仪器变得一样慢。则对上述表述理解正确的是( )
A．正确，对各式计时仪器的影响一定相同
B．错误，对各式计时仪器的影响不一定相同
C．AB两个选项分别说明了两种不同情况下的影响
D．以上答案均错误
10．关于相对论及相关问题，下列说法正确的是（　　）
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，物理规律可能不同
B．当物体运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化
D．按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速
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．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．
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．广义相对论的两个基本原理是（　　）
A．光速不变原理 B．广义相对性原理
C．等效原理 D．同时的相对性
15．下列说法正确的是( )
A．摆钟偏快时可缩短摆长进行校准
B．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
C．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
D．地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些
E.光从水中射入玻璃中，发现光线偏向法线，则光在玻璃中传播速度一定小于在水中的传播速度
二、解答题
16．一枚静止时长30m的火箭以3的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的一半呢？
17．地面上的人认为，以接近光速的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的，为什么？
参考答案
1．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。
2．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。
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．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。
5．C
【详解】
根据等效原理可知，可能是飞船处于某个星球的引力场中，也可能是飞船正在远离任何天体的空间加速飞行。
故选C。
6．A
【详解】
观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，根据爱因斯坦的相对论尺缩效应可知，B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小，而沿z轴方向的直径不变，钟的面积将与静止的观察者看到的面积要小，即S大于S′。
故选A。
7．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。
8．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。
9．A
【详解】
根据爱因斯坦相对论的钟慢效应可知，若钟与观察者有相对运动，所有的钟都变慢，而且变慢的程度均相同，与钟的构造、原理无关。
故选A。
10．C
【详解】
A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A错误；
BC.根据狭义相对论，当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，但当物体以较小的速度运动时（即时），物体质量的变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化，此时经典力学仍然适用，故B错误，C正确；
D.按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度都不可能超过光速，故D错误。
故选C。
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．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。
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．BC
【详解】
广义相对论的两个基本原理为
等效原理：惯性质量引力质量与等效，也就是说引力场里任何一点都和一个非惯性系等效；
广义协变原理：相对于狭义相对论的狭义等效原理（所有物理规律在任何坐标系下形式保持一致），广义协变原理是说一切规律在所有参考系（不止是惯性系）中保持一致；
故选BC。
15．BDE
【详解】
A．摆钟偏快是因为周期变小，根据单摆的周期公式
可知校准时需将周期增大，既要将摆长增大，故A错误；
B．多普勒效应：当波源与观察者相对静止时观察者接收到的频率等于波源振动的频率，当波源与观察者相向运动（相互靠近）时观察者接收到的频率大于波源振动的频率，当波源与观察者背向运动（相互远离）时观察者接收到的频率小于波源振动的频率，火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高，故B正确；
C．偏振片的作用是减弱反射光的强度，不能增加透射光的强度，故C错误；
D．参考系不同则观察到的运动不同，由于火箭中的人相对火箭静止，故观察到的是火箭的实际长度，火箭高速运行，根据长度的相对性
则地面人的看到的长度比火箭的实际长度要短，而故D正确；
E．光线偏向法线，说明折射角小于入射角，由相对折射率
可知
光在介质中传播，光速
折射率越大光的传播速度越小，即光在玻璃中传播速度一定小于在水中的传播速度，故E正确．
故选BDE。
16．30m，30m，26m，30m
【详解】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，若v=3km/s c，地面上的观察者测得火箭的长度
所以地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同，若火箭以0.5c的速度飞行，根据长度的相对性有
地面上的观察者测得火箭的长度为
17．见解析
【详解】
与所选取的参考系有关。由
可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对飞船中的观察者静止，时钟准确。