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．如果真空中的光速为c=3.0×108 m/s，当一个物体的运动速度为v1=2.4×108 m/s时，质量为3 kg．当它的速度为1.8×108 m/s时，其质量是 （ ）
A．2.25 kg B．2.50 kg
C．3.00 kg D．2.10 kg
3．下列说法正确的是
A．伽利略发现了行星运动的规律
B．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体
C．最早将实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法的科学家是牛顿
D．爱因斯坦是最先预言了引力波的科学家
4．下列关于近代物理的说法，正确的是
A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱
B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现
C．光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难
D．质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是卢瑟福
5．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
试卷第1页，共3页
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
6．2016年，美国的研究人员宜布探测到引力波．爱因斯坦曾预言，任何物体加速运动都会给时空带来扰动，这种扰动向外传播形成引力波．由于引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱，所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播．但只有质量非常大的天体加速运动时，才会产生较容易探测的引力波．根据以上信息可以得到的结论是
A．引力波是一种电磁波
B．引力波很难被观测到
C．引力波是由于物体受到万有引力而产生的
D．只有质量非常大的天体加速运动，才能产生引力波
7．在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是
A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了
B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了
C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了
D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了
8．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
9．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
10．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
11．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面某处，vA＞vB，在A火箭上的人观察结果正确的是( )
A．火箭A上的时钟走得最快 B．地面上的时钟走得最快
C．火箭B上的时钟走得最快 D．火箭B上的时钟走得最慢
12．如图所示，两艘飞船A，B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为（接近光速）。地面上测得它们相距为，根据相对论时空观，则A测得两飞船间的距离（　　）
A．大于 B．等于 C．小于 D．与无关
13．下列说法正确的是（　　）
A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率
C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢
D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小
14．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．
15．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
二、填空题（共4题）
16．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”）
17．“世界物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关．根据爱因斯坦的理论，一把米尺，在它与观察者有不同相对速度的情况下，米尺长度是不同的，它们之间的关系如图．由此可知，当米尺和观察者的相对速度达到0.8c（c为光速）时，米尺长度大约是________m．在日常生活中，我们无法察觉到米尺长度变化的现象，是因为观察者相对于米尺的运动速度________．
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．带电π介子静止时的平均寿命是2.6×10－8 s，某加速器射出的带电π介子的速率是2.4×108 m/s，则在实验室中测得这种粒子的平均寿命是________．
三、综合题（共4题）
20．一枚静止时长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？
21．远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？
22．生活中，我们常能看到物体的能量发生了变化，为什么觉察不到物体质量发生的变化？
23．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？
参考答案：
1．B
2．A
3．D
4．C
5．A
6．B
7．A
8．C
9．A
10．C
11．A
12．A
13．C
14．D
15．A
16． 麦克斯韦 等于 都是一样的 不符 相同 > 有关 ＜ 有关
17． 0.6 远远小于光速
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。
19．4.33×10－8 s
20．30m，30m，26m，30m
21．3(昼夜)
22．
因为宏观低速世界中，物体的速度远小于光速，根据质量与速度的关系 可知物体的质量基本保持不变，所以难以察觉到质量的变化。又根据 可知，当质量略微变化时将有非常大的能量变化。因此我们一般觉察不到物体质量发生的变化。
23．A钟最快，C钟最慢。
答案第1页，共2页