5.3相对论的时空观与宇宙基础巩固（word版含答案）

5.3相对论的时空观与宇宙基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．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
2．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
3．下列说法正确的是
A．传感器是把非电信息转换成电信息的器件或装置
B．真空中的光速在不同惯性系中测得的数值是不相同的
C．紫外线常用于医院和食品消毒，是因为它具有显著的热效应
D．波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率
4．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
5．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
6．下列说法符合史实的是（　　）
A．开普勒在牛顿定律的基础上，总结出了行星运动的规律
B．万有引力常量由卡文迪许在实验室里测出
C．牛顿建立的经典力学可以解决自然界中所有的问题
D．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短
7．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
8．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．
9．如下图所示，惯性系S中有一边长为l的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是（　　）
A． B．
C． D．
10．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
11．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
12．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为(　　)
A．0.5c B．0.6c
C．0.8c D．0.9c
13．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
14．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
15．下面说法错误的是（ ）
A．滑动摩擦力有可能做正功，也有可能做负功
B．重力势能的变化与零势能面的选取无关
C．由于能量守恒，所以我们不需要节能
D．在狭义相对论中，物体的质量会随物体的速度的变化而变化
二、填空题（共4题）
16．设想飞船在甲、乙两个相距8亿千米的星球间飞行，甲、乙两星球及飞船上各有一个巨大的钟，现飞船相对星球以0.75c（c是真空中光速）的速度离开甲星球飞向乙星球，飞船经过甲星球时，三个钟均调整指到3：00整。则当飞船飞过乙星球的瞬间，飞船内的人看到乙星球上的钟指向的时间为______，看到飞船上的钟指向的时间为______。
17．相对论时空观
（1）19世纪，英国物理学家____根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度____光速c。
（2）1887年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度_____！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系____（填“相符”或“不符”）。
（3）爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是____的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
（4）时间延缓效应
a.如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt=。
b.Δt与Δτ的关系总有Δt___Δτ（填“>”“<”或“=”），即物理过程的快慢（时间进程）与运动状态__。（填“有关”或“无关”）
（5）长度收缩效应：
a.如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l=l0。
b.l与l0的关系总有l__l0（填“>”“<”或“=”），即运动物体的长度（空间距离）跟物体的运动状态_____。（填“无关”或“有关”）
18．质量m = 1.67 × 10 - 27kg的质子在高能粒子加速器中被加速到动能Ek = 1.60 × 10 - 10J。某同学根据推算出该质子速度大小v = 4.38 × 108m/s（计算无误），计算的结果是____________（选填“合理”“不合理”），理由___________。
19．如图所示，一列火车以速度v相对地面运动，地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁。若此光源安放在地面上，则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁；若此光源安放在火车上；则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁。
三、综合题（共4题）
20．在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动。问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
21．有三只完全相同的时钟，钟A放在地面上，钟B、C各放在一艘飞船上，两艘飞船分别以速度和朝同一方向飞行，。在地面上的观察者看来，哪只时钟走得最快？哪只时钟走得最慢？
22．查阅资料，了解宇宙学的新发展，以小论文或幻灯片等形式进行班级展示。
23．一飞船以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．B
2．A
3．A
4．C
5．B
6．B
7．C
8．C
9．D
10．D
11．C
12．C
13．C
14．C
15．C
16．4：00 3：40
17．麦克斯韦 等于 都是一样的 不符 相同 > 有关 ＜ 有关
18．不合理
根据相对论运动物体的质量
m =
其中m0是物体的静止质量，动能的计算公式仅适用于低速物体，对于高速运动物体已经不再适用，由该同学的计算可知，求出的质子速度大于光速，动能的计算公式已经不再适用，因此该同学得出的数值不合理。
19．前 前
20．l03
21．A钟最快，C钟最慢。
22．
现代宇宙学的所谓“宇宙大爆炸论”是获得了所谓“诺贝尔奖”的所谓“宇宙起源”的理论，至今仍为宇宙学主流的基本观点，它是逐步发展而认为：
宇宙起源于温度高达1017K以上，密度极高的极小原始火球，在约137亿年前(迄今观测到最远星系距此约137亿光年)发生的一次大爆炸，这个大爆炸经10-35s结束，温度达1027K，在100s时，温度109K,氘和氦形成。接着据称会在约3分钟内形成所有天然元素，之后在引力作用下，逐渐形成各星系，太阳系、地球、细胞、植物动物、动物，直到人类；
特别是，其中认为：在那个大爆炸约一个月，温度107K时形成了辐射，因当时宇宙物质致密像笼子一样禁闭住所有的辐射，在那个大爆炸后10-30万年，随着物质密度的下降，辐射才挣脱束缚，退耦、传播出来，形成所谓“宇宙背景辐射”，它应能残留至今，因宇宙膨胀，估计已大大冷却至温度约5K；
它的主要依据是所谓“哈勃定理”，即：在一定距离范围观测表明：宇宙间星体发光频率的红移量是与其观测距离成正比的。于是，就判定：宇宙在膨胀，就认为这证明了“大爆炸宇宙论”的正确性；
1998年有两组天文学家的观测报告说，宇宙远处（约70亿光年）有几十颗显得异常昏暗的Ia型超新星，按“哈勃定理”得出：宇宙（70亿年前）在加速膨胀。
这就只能设想有所谓“反引力”（即斥力）的物质充满宇宙各处，正在猛烈拉开宇宙，而把它称为“暗能量”。
但是，虽经多年多种搜寻，至今却始终没能找到这种有所谓“反引力”（即斥力）性质的物质。至今仍为宇宙学主流重要的搜寻目标。
23．5.000000002s