第5章科学进步无止境-课后练习

第5章科学进步无止境
一、选择题（共14题）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．经典力学只适用于微观、高速、弱引力场
B．万有引力常量是牛顿利用扭秤实验测得
C．开普勒借助导师第谷的丰富观测数据计算并提出了开普勒三大定律
D．当外力不足以提供物体做匀速圆周运动的向心力时，物体将做直线运动
2．以下说法正确的是（）
A．光的偏振现象说明光是一种横波
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的折射现象
C．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关
D．光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率
3．被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯坦对物理学的贡献。爱因斯坦对物理学的贡献之一是
A．发现“电流的磁效应” B．创立“相对论”
C．发现“能量守恒定律” D．发现“万有引力定律”
4．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是( )
A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B．弟弟思念哥哥而加速生长了
C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢
D．这是神话，科学无法解释
5．下列关于宇宙及星系的说法中正确的是（　　）
A．太阳系中内行星都没有坚硬的外壳，外行星都有坚硬的外壳
B．太阳系中距离太阳越近的行星绕太阳公转速度越大
C．银河系是一种漩涡状的星系，太阳系就位于漩涡的中心
D．宇宙中恒星都是不动的星球，行星都是绕着恒星运动的
6．以下说法正确的是
A．光的偏振现象说明光是一种横波
B．麦克斯韦的电磁场理论说明有电场就会产生磁场，有磁场就会产生电场
C．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关
D．光导纤维中内芯的折射率小于外套的折射率
7．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
8．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船与天和核心舱采用自主快速径向交会对接模式成功对接，与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱（船）组合体。翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员从神舟十三号载人飞船进入天和核心舱，将在轨飞行6个月，据王亚平介绍，航天员在核心舱内每天能看到16次日出。已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．核心舱的运行速度大于第二宇宙速度
B．核心舱的离地高度约等于地球半径
C．核心舱的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度
D．根据狭义相对论，在轨飞行的过程中，航天员的手表变快了
9．以下哪项属于爱因斯坦对相对论提出的基本假设（　　）
A．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小
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系都是不相同的
D．相对论认为时间和空间与物体的运动状态有关
10．如图所示，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是（　　）
A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小
B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电
C．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长
D．a光在真空中的速度大于b光在真空中的速度
11．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
12．下面说法中正确的是(　　)
A．当物体运动速度远小于光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有区别
B．当物体运动速度接近光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有区别
C．当普朗克常量h()可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别
D．当普朗克常量h()不能忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别
13．以下关于物理学知识的叙述，其中正确的是___________。
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在
C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理
D．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
E．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
14．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、填空题
15．设想一光子飞船以v=0.95C的速率相对于地球运动，若飞船上宇航员用测时器测他吸一支烟用去10 min，地球上的观测者测他吸一支烟用去________min.
16．一枚静止时长30m的火箭以1.5×108m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108m/s，观察者测得火箭的长度约为________(保留两位有效数字)
17．来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫作μ子的次级宇宙射线，μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，按常理，μ子不可能穿过高度大于100 km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子。则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命___________（选填“大于”“等于”或“小于”）3.0 μs。如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度___________（选填“大于”“等于”或“小于”） 100 km；如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速___________（选填“大于”“等于”或“小于”）c。
18．如图所示，是“_____”的微标，它象征着物理学家_____在时空相对论上有着渊博的见解和洞察力。观察这个徽标，提出一个相关问题，并分析回答自己所提出的问题。
问题：_____。
分析与回答：_____。
三、综合题
19．简述恒星的演化过程。
20．查阅资料，了解典型的恒星演化过程，并与同学们交流。
21．也许你会疑惑，为什么在日常生活中未发现长度收缩、时间延缓或质量随速度增大而增加的现象。请你从长度收缩公式和质速关系式出发，探索牛顿运动定律在宏观低速世界的合理性。
22．将一枚面值一元的硬币用确定的速度向上抛起，你能否断定（不是猜测）它落地时哪一面朝上？请试一试，这种现象能用牛顿力学解释吗？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．经典力学适用于宏观低速的模型，A错误。
B．卡文迪许利用扭秤实验测得万有引力常量，B错误。
C．开普勒借助导师第谷的丰富观测数据计算并提出了开普勒三大定律，C正确。
D．当外力不足以提供物体做匀速圆周运动的向心力时，物体将做离心运动，当外力为0时，物体将做匀速直线运动，D错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．光的偏振现象说明光是一种横波，选项A正确；
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的干涉现象，选项B错误；
C．相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，选项C错误；
D．光导纤维中内层的折射率大于外层的折射率，选项D错误；
故选A．
3．B
【详解】
爱因斯坦对物理学的贡献之一是创立“相对论”。
故选B。
4．C
【详解】
上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是20世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢．故选C．
5．B
【详解】
A．内行星都是有坚硬外表的星体，而外行星则是大团的气体外壳及液态的内部，其平均密度远不及内行星，可谓虚有其表。故A错误；
B．由太阳的万有引力提供向心力
得
所以太阳系中距离太阳越近的行星绕太阳公转速度越大，故B正确；
C．太阳系绕银河系中心做匀速圆周运动，银河系是一种漩涡状的系星，太阳系不位于漩涡的中心，故C错误；
D．自然界中一切物体都在运动，宇宙中恒星都是运动的星球，故D错误。
故选B。
6．A
【详解】
试题分析：光的偏振现象说明光是一种横波，选项A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，有电场不一定会产生磁场，有磁场也不一定会产生电场，因为稳定的电场不会产生磁场，稳定的磁场也不会产生电场，选项B错误；相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，选项C错误；光导纤维是利用全反射来传输光的，所以其中内芯与外套比必须是光密介质，即内芯的折射率大于外套的折射率，选项D错误；故选A．
7．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。
8．C
【详解】
A．核心舱绕地球运行，因此发射速度应大于地球的第一宇宙速度，小于地球的第二宇宙速度，运行速度同样小于第二宇宙速度，故A错误；
B．航天员在核心舱内每天能看到16次日出。则周期
根据
，
解得，核心舱的离地心距离约等于地球半径，故B错误；
C．同步卫星与地球自转角速度相等，据a=rω2可知，赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，而核心舱的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，根据
可知，核心舱的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，也就大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度，故C正确；
D．根据狭义相对论，在轨飞行的过程中，航天员的手表变慢了，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，其他内容均建立在这两条基本假设基础之上。
故选B。
10．C
【详解】
A．a光照射时验电器的指针偏转，说明有光电流。增大a光的强度，光电流增大，验电器的指针偏角一定增大，A错误；
B．a光照射金属板时，电子被击出，金属板带正电，所以验电器的金属小球带正电，B 错误；
C．由题意可知a光的频率大于b光的频率
再根据波速、波长和频率的关系
可得
C正确；
D．光在真空中的速度相等，D错误。
故选C。
11．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。
12．AC
【详解】
经典力学可以认为是相对论物理学在低速、宏观状态下的特例，当普朗克常量h()可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。
故选AC。
13．BDE
【详解】
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，A错误；
B．麦克斯韦语言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，B正确；
C．交警通过发射超声波测量车速是利用了多普勒效应，C错误；
D．根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，D正确；
E．光纤通信利用了全反射的原理，故内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，E正确。
故选BDE。
14．BDE
【详解】
A．摆钟偏快，说明周期偏小，要让周期变大，则可将摆长调长进行校准，故A错误；
B．根据多普勒效应，火车向我们驶来的时候，听到的频率高于声源发出的频率，故B正确；
C．加偏振片的目的是减弱橱窗玻璃的反射光，故C错误；
D．对一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到火箭沿着速度方向的长度比火箭上的人观察到的短一些，故D正确；
E．光从水中射入玻璃中，发现光线偏向法线，则玻璃的折射率大，根据公式v＝可知，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
15．32
【详解】
根据相对论原理可知，地球上的观测者测得他吸一支烟用去的时间：
16．26m
【详解】
根据长度的相对性得
观察者测得火箭的长度为
17． 大于 小于 等于
【详解】
μ子低速运动时的寿命只有3.0 μs，根据时间延缓效应知，在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0 μs。
根据长度收缩效应得，如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度小于100 km。
根据光速不变原理得，如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c。
18． 2005年世界物理年 爱因斯坦 为什么把2005年定为世界物理年？ 为了纪念爱因斯坦关键性科学发现（相对论等）一百周年
【详解】
由英文提示可知该图标是2005年世界物理年的徽标。
1905年，爱因斯坦提出了时空具有相对性的狭义相对论。
为什么把2005年定为世界物理年？
为了纪念爱因斯坦关键性科学发现（相对论等）一百周年。
19．恒星可依据其质量分为以下两种演化过程：
一、小质量恒星：
二、大质量恒星：
在演化的过程中，恒星以内部氢核聚变为主要能源的发展阶段就是恒星的主序阶段。处于主序阶段的恒星称为主序星。主序阶段是恒星的青壮年期，恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。当恒星的燃料消耗殆尽，就会变成红色巨星或超巨星，就意味着这颗恒星将要“死亡”。在恒星的演化过程中始终伴随着能量的转化和转移。
20．星系碰撞造成的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星，成年期时形成主序星，中年期时形成红巨星，超巨星。晚年到死亡以三种可能的冷态之一为终结:白矮星，中子星，黑洞。
21．根据长度的相对性：，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小；时间间隔的相对性：．时间有延缓效应；当物体运动的速度v＜＜c，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，质量时间可认为不变，牛顿运动具有合理性。
22．不能断定，一枚硬币的两面不可能同时出现，且出现的几率相同，由不确定原理，两种可能都能发生。该现象不能用经典力学解释。可以由经典力学的应用以及概率来分析，抛出的硬币落地时哪一面朝上是具有随机性的，投掷的次数越多，正面或者背面朝上的几率越趋于相等，各占50%。
答案第1页，共2页