2025教科版高中物理必修第二册强化练习题--2　相对论时空观简介　3　宇宙的起源和演化（有解析）

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2025教科版高中物理必修第二册
第五章　经典力学的局限性与相对论初步
2　相对论时空观简介　　　　　3　宇宙的起源和演化
基础过关练
题组一　相对论时空观
1.如图所示,按照狭义相对论的观点,火箭A是迎着光行驶的,火箭B是“追赶”光的,若火箭相对地面的速度为v,则两火箭上的观察者测出的光速分别为 (　　)
A.c+v　c-v　　　　B.c-v　c+v
C.c　c　　　　D.无法确定
2.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,vA>vB。在火箭A上的人观察到的结果正确的是 (　　)
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
3.下列说法中不正确的是 (　　)
A.杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,这是经典物理学家的观点
B.由静止的人来测,沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小
C.杆静止时的长度为l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0
D.如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
4.半人马星座α星是离太阳系最近的恒星,它距离地球4.3×1016 m。设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间。
(1)若宇宙飞船的速率为0.999c,按地球上时钟计算,飞船往返一次需多少时间
(2)如果以飞船上时钟计算,往返一次的时间又为多少
题组二　宇宙的起源和演化
5.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是 (　　)
A.夸克、轻子、胶子等粒子
B.质子和中子等强子
C.光子、中微子和电子等轻子
D.氢核、氘核、氦核等轻核
6.关于宇宙的演化问题一直得到物理学家们的高度关注。2019年的诺贝尔物理学奖得主之一詹姆斯·皮布尔斯对宇宙大爆炸理论的发展作出了巨大贡献。宇宙大爆炸理论认为:宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。在演化至今的大部分时间内,宇宙是膨胀的。宇宙是否会一直膨胀下去与宇宙物质的平均密度有关。假如平均密度小于某个值,宇宙就将永远膨胀下去。假如平均密度大于某个值,宇宙膨胀后可能又会收缩。这个值被称为宇宙的临界密度,临界密度的计算公式为ρ0=H2,其中G为引力常量,H为哈勃常数。根据所学知识可以判断(　　)
A.哈勃常数只是一个数值,没有单位
B.哈勃常数与质量有关,其国际单位是kg
C.哈勃常数与时间有关,其国际单位是s-1
D.哈勃常数与长度有关,其国际单位是m
答案与分层梯度式解析
第五章　经典力学的局限性与相对论初步
2　相对论时空观简介3　宇宙的起源和演化
基础过关练
1.C　根据光速不变原理,在一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c都一样,因此在火箭A、B两个惯性参考系中,观察者测量到的光速一样大,均为c,故C正确。
2.A　在火箭A上的人看来,地面和火箭B都高速远离自己,由τ=知,在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B上的时钟都变慢了,A、B同向且vA>vB,故地面的时钟最慢,因此A正确,B、C、D错误。
3.C　经典物理学家认为,空间是绝对的,杆的长度与观察者相对杆是否运动无关,A正确;狭义相对论认为,沿杆方向运动的杆的长度比它静止时的长度小,B正确;当杆运动的方向与杆自身长度方向垂直时,杆的长度不发生变化,C错误;根据相对论时空观,两根平行的杆在沿自己的长度方向做相对运动,与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了,D正确。故选C。
4.答案　(1)2.87×108 s　(2)1.28×107 s
解析　(1)由于题中恒星与地球的距离s和宇宙飞船的速度v均是地球上的观察者测量的,故飞船往返一次,地球上时钟所测时间
Δt==2.87×108 s。
(2)可从相对论的时间延缓效应考虑。把飞船离开地球和回到地球视为两个事件,显然飞船上的时钟测出两事件的时间Δt'是固定的,地球上时钟所测的时间Δt与Δt'之间满足时间延缓效应的关系式。以飞船上的时钟计算,飞船往返一次的时间为Δt'=Δt=1.28×107 s。
5.A　宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代,再之后是中子和质子结合成氘核,并形成氦核的核时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,因此A正确;B、C、D中的粒子都产生在A中粒子之后,故B、C、D错。
6.C　由公式F=G得G=,其单位为N·m2· kg-2,由ρ0=H2得H=,则其单位为==s-1,则哈勃常数与时间有关,其国际单位是s-1,故A、B、D错误,C正确。
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