5.2相对论中的神奇时空 自主提升过关练(Word版含答案)

5.2相对论中的神奇时空 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．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．
2．下列说法不正确的是（ ）
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干涉
B．玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的衍射现象
C．光的偏振现象证实了光是横波．
D．不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
3．甲、乙、丙是三个完全相同的时钟，甲放在地球上，乙、丙分别放在两个高速运动的火箭上，以速度和朝同一方向远离地球飞行，<．地面上的观察者看
A．甲时钟走得最慢 B．乙时钟走得最慢
C．丙时钟走得最慢 D．甲、乙、丙时钟快慢一样
4．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
5．以下说法正确的是（　　）
A．增透膜是利用了薄膜干涉的原理，其厚度应为光在真空中波长的四分之一
B．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为：
C．物体以接近光速运动，在物体与运动方向垂直方向的线度会缩短
D．一群处于量子数n=4的氢原子向低能级跃迁，一定能够释放出8种光子
6．下列说法正确的是（　　）
A．机械波能发生多普勒效应，电磁波则不能
B．全息照片利用了激光平行度好的特点
C．考虑相对论效应，沿杆方向高速运动的杆长度比静止时短
D．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则相邻干涉条纹间距变窄
7．下列说法正确的是（ ）
A．单缝衍射实验中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越明显
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理
C．机械波传播过程中，某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离
D．地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变快了
8．下列说法中正确的是（ ）
A．振动的物体通过平衡位置时，其合外力一定为零
B．电磁波、超声波均可在真空中传播
C．可见光在同一玻璃砖中传播时，波长越长、波速越小
D．以0.75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为c
9．下列说法中正确的是
A．声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在；楞次用实验证实了电磁波的存在
C．由电磁振荡产生电磁波，当波源的振荡停止时，空间中的电磁波立即消失
D．宇宙飞船以接近光速的速度经过地球时，地球上的人观察到飞船上的时钟变慢
10．根据爱因斯坦提出的相对论，以下说法正确的是
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．物体的质量取决于物体所含物质的多少，物体无论以多大速度运动，其质量与速度无关
C．一个真实的物体，其运动速度有可能达到甚至超过真空中的光速
D．质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变的
11．一枚静止时长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（　　）
A．30m B．15m C．34m D．26m
12．下列说法正确的是（　　）
A．可以利用紫外线的热效应对物体进行烘干
B．根据麦克斯韦的电磁理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
C．光的偏振现象证明了光是一种纵波
D．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了
13．以下说法正确的是_________．
A．地面附近有一高速（接近光速）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
B．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇，波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为
C．分别用黄光和绿光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到条纹间距更宽
D．当敌机靠近时，战机携带的雷达接收到的反射波的频率小于发射频率
E．LC振荡电路中产生随时间t按的规律变化的振荡电流时，发射的电磁波的波长为（为真空中的光速）
14．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
15．下列说法正确的是（　　）
A．经典力学包含在相对论之中，是相对论的特例
B．广义相对论时一种新的时空与引力理论
C．物理学家牛顿在实验室利用扭称装置测出了万有引力常量
D．如果物体在地面上静止不动。任何人在任何参考系里测出的物体长度都是一样的
一、解答题
16．电子是原子的组成部分，当电子的速度为零时，电子的质量为
(1)求电子的速度为零时所具有的能量；
(2)让该电子由静止开始经加速电压加速后，该电子的质量和速度的大小分别为多少？（计算结果保留4位有效数字）
17．21世纪，宇航员要在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，有一种设计中的空间站看起来像个大车轮，它绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这样就人为造出一个重力，若空间站半径是50 m，为了使边缘处的自由落体加速度与地球表面相同，空间站每分钟应转多少转？如果半径是100 m呢？
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向正方形边长不变。
故选D。
2．B
【解析】
【详解】
A、用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的薄膜干涉，故选项A正确；
B、玻璃中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故，故选项B错误；
C、偏振是横波特有的现象，光的偏振现象能证明光是横波，故选项C正确；
D、可以通过迈克尔孙 莫雷实验得出：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的，后来爱因斯坦把它总结为：光速不变原理，故选项D正确；
不正确的故选项B．
3．C
【解析】
【详解】
试题分析：钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；
甲时钟放在地面上，在地面上的人看来，甲钟没有变化．乙、丙两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，乙、丙变慢，由于，丙钟比乙钟更慢，所以甲钟最快，丙钟最慢，C正确．
4．C
【解析】
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。
5．B
【解析】
A．在薄膜干涉中，增透 是使对人眼敏感的光线全部进入，应是光程差=，则 厚度
最小厚度是在介质中的，故A错误；
B．卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，该核反应方程式电荷数、质量数都守恒，故B正确；
C．根据爱因斯坦相对论，物体以接近光速运动时，在物体运动方向的线度会缩短，而与运动方向垂直的线度不会改变，故C错误；
D．处于量子数n=4的氢原子向低能级跃迁，释放的光子种数与能吸收到的能量大小有关，所以不一定是8种光子，故D错误。
故选B。
6．C
【解析】
A．机械波和电磁波都能产生多普勒效应，只要两者距离发生变化，即会发生多普勒效应现象，A错误；
B．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性，B错误；
C．根据相对论原理，考虑相对论效应，沿杆方向高速运动的杆长度比静止时短，C正确；
D．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，因红光的波长比绿光长，根据
可知相邻干涉条纹间距变宽，D错误。
故选C。
考点：多普勒效应；激光；相对论；双缝干涉。
7．B
【解析】
【详解】
A．单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越不明显，故A错误；
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，故B正确；
C．波在一个周期内向前传播的距离等于波长，并质点不会随波迁移，故C错误；
D．根据狭义相对论的钟慢效应可知，在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中时钟会变慢，故D错误；
故选B。
8．D
【解析】
【详解】
A、回复力也不一定就是合外力，如在单摆中，单摆的回复力是重力沿轨迹切线方向的分力，并非是重力与绳子拉力的合力，故A错误．B、电磁波可在真空中传播，但超声波是机械波，不能在真空中传播，故B错误．C、不同波长的光波在同一介质中传播时，折射率n不同，波长越长，n越小，根据，波速越大，故C错误．D、根据光速不变原理可知，以0.75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为c，故D正确．故选D．
【点睛】
回复力可以是合外力，其不单纯是指某一个力．它是根据力的作用效果“总是要把物体拉回到平衡位置”命名的；回复力不是一种特殊性质的力．但回复力也不一定就是合外力．
9．D
【解析】
【详解】
A、声源向静止的观察者运动时，产生多普勒效应，则观察者接收到的频率大于声源的频率，故A错误．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，故B错误．C、电磁波由电磁振荡产生，但它是一种能量形式，若波源的电磁振荡停止，空中的电磁波不会立即消失，故C错误．D、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D正确．故选D．
【点睛】本题考查光学、相对论以及电磁波的基本性质，要注意明确各对应规律的掌握，牢记对应的规律即可．
10．D
【解析】
【详解】
经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，对微观粒子不适用，故A错误．根据相对论理论可知物体的速度越大，质量越大．故B错误．光速是速度的极限，一个真实的物体，其运动速度不可能达到甚至超过真空中的光速．故C错误．根据爱因斯坦的相对论，可知质量、长度、时间都是相对的，它们的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变．故D正确．故选D.
11．D
【解析】
【详解】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，根据长度的相对性
代入解得观察者测得火箭的长度
故ABC错误，D正确。
故选D。
12．D
【解析】
【详解】
红外线的热效应显著，可以利用红外线的热效应对物体进行烘干，故A错误；根据麦克斯韦的电磁理论，变化的电场周围一定可以产生磁场，但如果是均匀变化的电场会产生恒定的磁场，不会形成电磁波，故B错误；光的偏振现象证明了光是一种横波，即电磁振动矢量与传播方向垂直，故C错误；火车以接近光速行驶时，根据爱因斯坦相对论的尺缩效应，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了，故D正确；故选D．
【点睛】
本题考查了麦克斯韦的电磁理论、光的本性、红外线的热效应、爱因斯坦狭义相对论效应等，知识点多，难度小，关键是记住基础知识．
13．ACE
【解析】
【详解】
试题分析：地面附近有一高速（接近光速）水平飞过的火箭，根据狭义相对论原理可知，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，选项A正确；两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇，波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的振幅为，选项B错误； 根据条纹间距表达式可知，分别用黄光和绿光在同一装置上做双缝干涉实验，因黄光的波长更大些，故用黄光时得到条纹间距更宽，选项C正确；根据多普勒效应，当敌机靠近时，战机携带的雷达接收到的反射波的频率大于发射频率，选项D错误；LC振荡电路中产生随时间t按的规律变化的振荡电流时，可知发射的电磁波的波长为（为真空中的光速）选项E正确；故选ACE．
考点：狭义相对论原理; 双缝干涉实验；多普勒效应；LC振荡电路
【名师点睛】
此题考查了选修3-3中得几个知识点，包括狭义相对论原理，双缝干涉实验，多普勒效应，LC振荡电路等；关键是多看书，加强记忆即可得分．
14．ACE
【解析】
【分析】
【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。
15．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A．经典力学是狭义相对论在低速（ ）条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，A正确；
B．广义相对论相是一种新的时空与引力的理论，它能很好地解释水星近日点的旋进现象，B正确；
C．牛顿发现了万有引力定律后，物理学家卡文迪许利用扭称装置比较精确地测出了引力常量，C错误；
D．根据狭义相对论的相对性原理，在不同的参考系中，测量的物体的长度不一定相同，D错误。
故选AB。
16．(1)(2)
【解析】
【详解】
(1)由质能方程得
(2)由能量关系得
则
质量和速度的关系
则
17．4.2转；3.0转
【解析】
【详解】
在空间站的边缘，物体所受的惯性离心力为，物体所受的重力，题目要求，由此解出，由角速度和转速的关系，解得转/分；
同理取半径，由，代入数据得转/分．
【点睛】
掌握惯性参考系（适用于牛顿的经典运动学）与非惯性参考系（适用于相对论）的比较；以及惯性力和非惯性力的区别．
试卷第1页，共3页