同步课时精练（二十一）5.2相对论时空观（后附解析）

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同步课时精练（二十一）5.2相对论时空观（后附解析）
一、单选题
1．爱因斯坦为近代物理开辟了新纪元，如图为写有著名质能方程的爱因斯坦亲笔信。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（　　）
A．相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的
B．经典时空观认为时间、长度和质量都与参照系的运动有关
C．经典力学就是牛顿运动定律，适用于宏观、低速、弱引力的情况
D．相对论表明真空中的光速在不同的惯性参考系中是不相同的
2．如图所示，宇航员驾驶宇宙飞船在观察者上方高速水平飞过。根据相对论可知，与坐在飞船里的宇航员的观测结果相比，地面上静止的观察者观测到（　　）
A．飞船长度更小 B．飞船高度更小 C．飞船长度更大 D．飞船高度更大
3．500米口径的中国天眼（FAST）是世界上已建成的最大的射电望远镜，可监测脉冲星，探测引力波的存在。而引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块“拼图”。关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是 （　　）
A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动
B．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值
C．高速运动的μ子寿命变长这一现象，既能用相对论时空观解释，又能用经典理论解释
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的
4．下列说法正确的是 （　　）
A．波的图象表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移
B．当波源与观察者相互远离时，观察到的频率变大
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场，均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
E．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，真空的光速都是相同的
5．下列叙述错误的是（　　）
A．激光是电磁波，在不同的介质中传播时光子的能量不变
B．振荡的磁场会产生同频率的振荡的电场
C．只有声波才能发生多普勒效应
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中测得的数值都是相等的
6．下列物理学史中人物关系正确的是
A．哥白尼认为地球是宇宙的中心
B．牛顿提出了狭义相对论
C．卡文迪许发现的万有引力定律
D．开普勒揭示了行星绕太阳的轨道是椭圆
7．伟大的科学家爱因斯坦，在物理学方面取得了巨大的成就。下列属于爱因斯坦主要贡献的是（　　）
A．建立了相对论 B．提出了焦耳定律
C．发现了万有引力定律 D．总结得出了牛顿第一定律
8．静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时该粒子物质波的波长λ与速度v的关系为（　　）
A． B．
C． D．
9．在人类历史的长河中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。以下关于几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是（　　）
A．伽利略用“月一地检验”证实了万有引力定律的正确性
B．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学否定了牛顿力学
C．牛顿利用扭秤装置，第一次较准确地测出了引力常量G的值
D．开普勒用20年的时间研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律
10．普朗克的量子力学相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为（　　）
A．否定了经典力学的绝对时空观
B．揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性
C．打破了经典力学体系的局限性
D．使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界
11．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉(　　)
A．你的质量在增加
B．你的心脏跳动在慢下来
C．你在变小
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度
12．假设有一名考生用90分钟完成了一场考试，一艘飞船相对此考生以0.5c的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间（ ）
A．小于90分钟 B．等于90分钟
C．大于90分钟 D．等于45分钟
二、多选题
13．迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Gliese581”运行的行星“G1－581c”却很值得我们期待，该行星的温度在到之间，质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍，公转周期为13个地球日，“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍，设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则（　　）
A．在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同
B．如果人到了该行星，其体重是地球上的倍
C．该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的倍
D．由于该行星公转速度比地球大，地球上的物体如果被带上该行星，其质量会稍有变化
14．如果牛顿运动定律在参考系中成立，而参考系相对于做匀速直线运动，则在参考系中（　　）
A．牛顿运动定律也同样成立
B．牛顿运动定律不能成立
C．和两个参考系中，一切物理定律都是相同的
D．参考系也是惯性参考系
15．下列说法正确的是_________．
A．次声波比超声波更容易发生明显的衍射现象
B．在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相同的
C．在波的传播方向上，某个质点的振动速度就是波的传播速度
D．秋千的吊绳有些磨损，在摆动过程中，吊绳最容易断裂的时候是秋千摆到最低点时
E．双缝干涉实验中，若只减小双缝到光屏间的距离，两相邻亮条纹间距将变大
三、解答题
16．一张长、宽均为5m的宣传画，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机测量高度为多少？长度为多少？
17．一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动。此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同。求电子相对于实验室参考系的速度。
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试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
解析：A．相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的，A正确；
B．经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的，时间，长度和质量都与参照系的运动无关， B错误；
C．经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，C错误；
D．相对论告诉我们，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，D错误。
答案：A。
2．A
解析：根据尺缩效应可知动长变短，可知地面上静止的观察者观测到的飞船长度更小，高度不变。
答案：A。
3．A
解析：A．牛顿力学适用于研究宏观物体的低速运动，A正确；
B．在微观高速领域，要用量子力学和相对论理论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，不会失去价值，B错误；
C．高速运动的μ子寿命变长这一现象，属于微观高速运动，只能用相对论时空观解释，不能用经典理论解释，C错误；
D．宏观低速物体牛顿力学适用，微观粒子量子力学适用，D错误。
答案：A。
4．E
解析：A、波的图象表示介质中“所有质点”在“某个时刻”的位置，波的振动图象表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移，故A错误； B、根据多普勒效应当波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小，故B不正确；C、光的偏振现象说明光是横波，故C错误；D、变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，故D错误；E、根据爱因斯坦狭义相对论中光速不变原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，真空的光速都是相同的，故E正确．答案：E．
点拨：1、波的图象表示介质中“所有质点”在“某个时刻”的位置；2、根据多普勒效应的内容判断；3、光的偏振现象说明光是横波；4、变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场；5、狭义相对论的两个基本假设：①物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．这叫做相对性原理．②在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值C．这叫光速不变原理．它告诉我们光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度．
5．C
解析：A．激光是电磁波，在不同的介质中传播时其频率不变，而根据光子能量
可知，光子的能量不变，故A正确；
B．根据电磁场理论，振荡的磁场一定会产生同频率的振荡的电场，故B正确；
C．多普勒效应不仅适用于声波，它也适用于其他所有类型的波，故C错误；
D．根据爱因斯坦狭义相对论中光速不变原理，可知真空中额光速在不同惯性参考系中都是相同的，故D正确。
本题选择不正确选项，答案：C。
6．D
解析：A．哥白尼提出了日心说，认为太阳是宇宙的中心，故A错误；
BC．牛顿发现了万有引力定律，但没有测量引力常量，是卡文迪许测出了引力常量，故BC错误．
D．开普勒通过研究发现了行星运行规律，揭示了行星绕太阳的轨道是椭圆的，故D正确．
答案：D.
点睛：本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
7．A
解析：爱因斯坦的主要贡献是建立了相对论；焦耳定律是焦耳总结出的；牛顿发现万有引力定律；牛顿总结出了牛顿第一定律。
答案：A。
8．C
解析：根据德布罗意物质公式和相对论质—速公式有
解得
可知
答案：C。
9．D
解析：A．牛顿用“月一地检验”证实了万有引力定律的正确性，选项A错误；
B．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学并不否定牛顿力学，选项B错误；
C．卡文迪许利用扭秤装置，第一次较准确地测出了引力常量G的值，选项C错误；
D．开普勒用20年的时间研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律，选项D正确。
答案：D。
10．D
解析：A．普朗克的量子力学相对论的提出并没有否定经典力学的绝对时空观，选项A错误；
B．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是爱因斯坦狭义相对论的几个重要的效应，揭示了时间、空间并非绝对不变的属性，选项B错误；
C．爱因斯坦相对论解释了经典牛顿力学不能解释的高速、微观范围，但狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，它打破了经典力学体系的局限性，选项C错误；
D．普拉克提出的量子理论使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界，选项D正确。
答案：D。
11．D
解析：相对论的基本概念是：当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的；当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉；当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动．但如果房子是在做匀速直线运动．即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动．即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．所以宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化．故D正确，ABC错误．
12．C
解析：根据
可得
答案：C。
13．BD
解析：A．当卫星绕行星表面附近做匀速圆周运动时的速度即为行星的第一宇宙速度，则
可得
M是行星的质量，R是行星的半径，则得该行星与地球的第一宇宙速度之比为
故A错误；
B．由万有引力近似等于重力，得
行星表面的重力加速度为
则该行星表面与地球表面重力加速度之比为
所以如果人到了该行星，其体重是地球上的倍，故B正确；
C．根据万有引力提供向心力
可得
行星“G1-58lc”公转周期为13个地球日，将已知条件代入解得行星“G1-58lc”的轨道半径与地球轨道半径
r行G：r日地=
故C错误；
D．根据相对论原理可知，由于该行星公转速度比地球大，地球上的物体如果被带上该行星，其质量会稍有变化，选项D正确。
答案：BD。
14．ACD
解析：ABD．牛顿运动定律适用于惯性参考系，参考系也是惯性参考系，牛顿运动定律也同样成立，AD正确，B错误；
C．根据狭义相对论原理，由狭义相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的，C正确。
答案：ACD。
15．ABD
解析：A．波长越长越容易发生衍射，次声波的波长比超声波的波长长，故次声波比超声波更容易发生明显的衍射现象，故A正确；
B．根据光速不变原理，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相同的，故B正确；
C．在波的传播方向上，某个质点的振动速度不是波的传播速度，故C错误；
D．因为秋千可以看成单摆，而单摆在摆动过程中，靠径向的合力提供向心力，设单摆偏离竖直位置的夹角为θ，则有
因为最低点时，速度最大，θ最小，则绳子的拉力最大，所以摆动最低点时绳最容易断裂，故D正确；
E．根据可知，双缝干涉实验中，若只减小双缝到光屏间的距离，两相邻亮条纹间距将变小，故E错误；
答案：ABD．
16．5m，3.7m
解析：垂直速度方向的长度不变，即司机测量的高度仍然是5m，运动方向上长度变短，根据
故司机看到的画的尺寸为：高5m，宽约3.7m。
17．0.817c
解析：粒子相对实验室参考系的速率
v＝0.05c
电子相对于粒子的速度
ux′＝0.8c
由相对论速度叠加公式得
答案第1页，共2页
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