人教版物理高三选修3-4第十五章第四节广义相对论简介同步练习
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| 名称 | 人教版物理高三选修3-4第十五章第四节广义相对论简介同步练习 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 131.0KB | ||
| 资源类型 | 素材 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-06-01 17:25:10 | ||
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人教版物理高三选修3-4第十五章
第四节广义相对论简介同步练习
一、多选题
1. 下列说法中正确的是( )
A．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释
B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释
C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论
D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架
答案：BCD
解析：
解答：狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动不能够超过光速影响到远处的另一个星球，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论，故选项A错误，B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论，故选项C正确．
分析：经典力学使用条件为：宏观，低速．相对论才能解释微观，高速运动现象．万有引力定律适用于质点间的引力相互作用．G是一个比例常量，但有单位．
2.关于非惯性系，下列说法正确的是（ ）
A.匀速运动的参考系是非惯性系
B.变速运动的参考系是非惯性系
C.牛顿定律在非惯性系中不再成立
D.牛顿定律在非惯性系中仍然成立
答案：BC
解析：
解答：如何选择参照系，必须从具体情况来考虑，一般情况下我们以地面或地面上的物体作为参考系．牛顿运动定律只适用于惯性参考系。
分析：参考系，是指研究物体运动时所选定的参照物体或彼此不作相对运动的物体系；参考系的选取是任意的，牛顿运动定律只适用于惯性参考系。
3. 关于物体的质量，下列说法正确的是( )
A．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的
B．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化
C．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
D．在相对论力学中，物体的质量随物体的速度的增大而增大
答案：ACD
解析：
解答：在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的，故选项A正确，B错误；在相对论力学中，由于物体的速度v不可能达到光速c，所以v＜c,1－2＜1，根据m＝，可知选项C、D均正确．
分析：在牛顿力学中，认为物体的质量是绝对的，不变的．在相对论力学中，认为物体的质量随物体速度的增大而增大．
4. 科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明（ ）
A．宇宙处在不断的膨胀中
B．银河系是一个庞大的天体系统
C．太阳是太阳系的中心天体
D．太阳和太阳系最终也会走向“死亡”
答案：A
解析：
解答：解：由题目给出的信息可知，整个宇宙处在不断的膨胀中；银河系只是宇宙系统中的一部分，太阳也并不是太阳系的中心天体；该理论无法说明太阳系和太阳最终会走向死亡；故只有A符合题意，B、C、D不符合题意；故选：A．
分析：由题目给出的信息可知，星系之间的距离在不断扩大，那么整个宇宙的体积也就在不断的扩大，也就是整个宇宙在不断的膨胀中
5. 关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是( )
A．它们之间没有任何联系
B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了
C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题
D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论
答案：D
解析：
解答：狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能对于惯性参考系来讲，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．
分析：狭义相对论的几个重要的效应：①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；②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大．广义相对论将经典的牛顿的万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立．
6. 在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中的正确的是( )
A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的
B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的
C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的
D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的
答案：AD
解析：
解答：船外静止的观察者所选的参考系是惯性参考系，看到光是沿直线传播的．飞船在做匀加速直线运动，是非惯性参考系．在非惯性参考系中，时钟变慢、空间弯曲，所以航天员看到的光是沿曲线传播的．
分析：根据等效原理，航天员完全可以认为飞船没有加速运动，而是在船尾方向存在一块巨大的物体，它的引力场影响了飞船内的物理过程．因此我们得出结论：物质的引力使光线弯曲．
7.在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为( )
A．洞口为椭圆形，长度变短
B．洞口为圆形、长度不变
C．洞口为椭圆形、长度不变
D．洞口为圆形，长度变短
答案：D
解析：
解答：在运动方向上由于有“尺缩效应”，故隧道长度变短；在垂直运动方向上，没有“尺缩效应”，故洞口为圆形，故选D.
分析：在运动方向上由于有“尺缩效应”,故隧道长度变短;在垂直运动方向上,没有“尺缩效应”,即洞口为圆形。
8. 下列说法中正确的是( )
A．在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理
B．在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿运动定律仅适用于惯性参考系
C．一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
D．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
答案：AD
解析：
解答：根据广义相对论的广义相对性原理和等效原理，选项A、D正确。
分析：根据广义相对论的广义相对性原理和等效原理分析即可。
9. 对相对论的基本认识,下列说法正确的是( )
A.相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
B.爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量
C.在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟走得同样快
D.我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上长度变短了
答案：A
解析：
解答：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的,选项A正确;爱因斯坦通过质能方程阐明了质量与能量的联系,但不能认为质量就是能量,选项B错误;根据相对论可知运动的时钟变慢,选项C错误;竖直向上高速运动的球在水平方向上长度不变,沿运动方向上的长度才会变短,选项D错误。
分析：本题关键是记住相对论有关时间间隔的相对性公式、相对论质量公式，明确相对论的等效原理．质量与能量是两个不同的物理量，它们间存在联系．
10.人类最早对宇宙的认识学说是( )
A.地心说
B.日心说
C.大爆炸学说
D.以上说法都不正确
答案：A
解析：
解答：人类对宇宙的认识是一个渐进的过程.在人类历史上，相当长的时期内，人们认为地球是宇宙的中心，后来哥白尼提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，后来人类对宇宙的起源进行探究，物理学家伽莫夫提出了大爆炸学说.
分析：对于物理学历史要有一定的理解。
11. 一个物体静止时质量为m0，能量为E0；速度为v时，质量为m，能量为E，动能为Ek，下列说法正确的是( )
A．物体速度为v时能量E＝mc2
B．物体速度为v时动能Ek＝mc2
C．物体速度为v时动能Ek＝mv2
D．物体速度为v时动能Ek＝(m－m0)c2
答案：AD
解析：
解答：根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2，它包含了物体具有的所有形式的能量，E0表示物体静止时的能量，m0表示物体静止时的质量，如果速度为v时的质量为m，则速度为v时物体的能量为mc2，则此时物体的动能为Ek＝mc2－m0c2，故选项A、D正确，B、C错误．
分析：根据爱因斯坦的质能方程明确物体的能量及动能．
12.根据爱因斯坦质能方程，以下说法错误的是( )
A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等
B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小
C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可改变的
D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大
答案：C
解析：
解答：根据ΔE＝Δmc2，当能量变化时，参加核反应的物质的质量发生变化，故A正确；太阳在发生聚变，释放出大量能量，质量减小，故B正确，C错误．若地球向外辐射的能量小于从外界获得的能量，所以地球的质量将不断增大，D正确．
分析：根据爱因斯坦的质能方程明确物体的能量及动能．
13. 在地面附近有一高速飞过的火箭．关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面物体长度变小，时间进程变慢了
答案：BCD
解析：
解答：因为表达式l＝l0和Δt＝，可知l＜l0和Δt＞Δτ，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它的长度变短，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物体的长度越短，物理过程所经历的时间越长．故B、C、D正确．
分析：根据公式l＝l0和Δt＝即可分析理解。
14. 当物体以很大速度运动时，它的质量m与静止质量m0的关系是m＝，此时它的动能应该是( )
A.mv2 B.m0v2 C．mc2－m0c2 D．以上说法都不对
答案：C
解析：
解答：对于高速运动的物体，公式Ek＝mv2不再成立．只有当v c时，Ek＝mv2才成立．
分析：静质量指物体静止时的质量，不随物体形状、状态、位置的变化而变化；动质量指物体运动时的质量，与物体的运动速度有关，会随着物体的速度变化而变化。
15. 火箭以c的速度飞离地球，在火箭上向地球发射一束高能粒子，粒子相对地球的速
度为c，其运动方向与火箭的运动方向相反．则粒子相对火箭的速度大小为( )
A.c B. C.c D.
答案：C
解析：
解答：由u＝，可得－c＝
解得u′＝－c，负号说明与v方向相反．
分析：根据公式u＝分析即可。
二、填空题（共5题）
16.设高速行驶的火车相对地面的速度为v，车上的人相对火车沿火车运动的方向以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u＝ ，若车上人的运动方向与火车运动方向相反，则u′取 ；若u′＝c则代入上式得出u＝ ，即光速是宇宙速度的 ，且相对任何参考系，光速都是 的．
答案：|负值|c|极限|不变
解析：
解答：设高速行驶的火车相对地面的速度为v，车上的人相对火车沿火车运动的方向以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u＝，若车上人的运动方向与火负值；
分析：加强相关知识的理解。
17.广义相对性原理：在 中，物理规律都是 的．等效原理一个 引力场与一个 的参考系等价．广义相对论的几个结论①物质的 使光线弯曲．②引力场的存在使空间不同位置的 出现差别，引力场 ，时间进程越慢．
答案：任何参考系|相同|均匀的|做匀加速运动|引力|时间进程|越强
解析：
解答：广义相对性原理：在任何参考系，物理规律都是相同的。
分析：加强相关知识的理解。
18. 物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是： .由此可见，物体质量 ，其蕴含的能量 ．能量与质量成 ，所以质能方程又可写成 ．
答案：E＝mc2|越大|越多|正比
解析：
解答：物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：E＝mc2.由此可见，物体质量越大其蕴含的能量越多。能量与质量成正比，所以质能方程又可写成ΔE＝Δmc2。
分析：爱因斯坦的质能方程。
19.关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于 .
答案：大爆炸
解析：
解答：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性并为多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸. 尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有多不解之谜.
分析：加强对相关历史知识的了解。
20.在以0.5g加速度前进的火车中，摆长为l的单摆的周期为火车静止时单摆周期的 倍.（g为自由落体的加速度）
答案：0.94
解析：
解答：火车静止时单摆周期为T，据单摆的周期公式有：
火车以0.5g加速度前进时，增加一个与加速度反向的惯性力，则车内的自由落体加速度等效为：
此时单摆的周期
，
故以加速度行驶的火车中，单摆周期为火车静止时单摆周期的0.94倍.
分析：根据单摆的周期公式分析即可。
三、解答题
21.假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论．
答案：飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．
解析：
解答：飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．
分析：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
22.21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？
答案：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.
这个角速度折合每分钟4.2转.由于所需角速度跟空间站半径的二次方根成反比，所以如果半径是100m，转速可以降为每分钟3.0转。
解析：
解答：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.
这个角速度折合每分钟4.2转.由于所需角速度跟空间站半径的二次方根成反比，所以如果半径是100 m，转速可以降为每分钟3.0转。
分析：利用圆周运动及其向心力相关知识分析即可。
23. “反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为多少？
答案：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反.所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.
解析：
解答：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反.所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.
分析：抓住，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，得出反α粒子的电荷数和质量数。
24.电子的静止质量m0＝9.11×10－31kg，经电压加速后速率为0.94c，求电子的相对论质量．
答案：由狭义相对论知
m＝＝kg
＝2.69×10－30kg.
解析：
解答：由狭义相对论知
m＝＝kg
＝2.69×10－30kg.
分析：根据狭义相对论知m＝分析即可。
25.太阳在不断地辐射能量，因而其质量不断地减少．若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J，试计算太阳在一秒内失去的质量．估算5000年内总共减少了多少质量，并与太阳的总质量2×1027t比较之．
答案：根据相对论的质能关系式E＝mc2，可知，能量的任何变化必然导致质量的相应变化，即ΔE＝Δmc2.
由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其每秒内失去的质量为Δm＝ΔE/c2＝4×1026/(3×108)2kg
＝(4/9)×1010kg
5000年内太阳总共减少的质量为：
ΔM＝5000×365×12×3600××1010kg
＝3.504×1020kg
与总质量的比值为：
P＝＝＝1.752×10－10
这个比值是十分微小的．
解析：
解答：根据相对论的质能关系式E＝mc2，可知，能量的任何变化必然导致质量的相应变化，即ΔE＝Δmc2.
由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其每秒内失去的质量为Δm＝ΔE/c2＝4×1026/(3×108)2kg
＝(4/9)×1010kg
5000年内太阳总共减少的质量为：
ΔM＝5000×365×12×3600××1010kg
＝3.504×1020kg
与总质量的比值为：
P＝＝＝1.752×10－10
这个比值是十分微小的．
分析：根据爱因斯坦的质能方程分析即可。
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人教版物理高三选修3-4第十五章
第四节广义相对论简介同步练习
一、多选题
1. 下列说法中正确的是( )
A．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释
B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释
C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论
D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架
答案：BCD
解析：
解答：狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动不能够超过光速影响到远处的另一个星球，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论，故选项A错误，B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论，故选项C正确．
分析：经典力学使用条件为：宏观，低速．相对论才能解释微观，高速运动现象．万有引力定律适用于质点间的引力相互作用．G是一个比例常量，但有单位．
2.关于非惯性系，下列说法正确的是（ ）
A.匀速运动的参考系是非惯性系
B.变速运动的参考系是非惯性系
C.牛顿定律在非惯性系中不再成立
D.牛顿定律在非惯性系中仍然成立
答案：BC
解析：
解答：如何选择参照系，必须从具体情况来考虑，一般情况下我们以地面或地面上的物体作为参考系．牛顿运动定律只适用于惯性参考系。
分析：参考系，是指研究物体运动时所选定的参照物体或彼此不作相对运动的物体系；参考系的选取是任意的，牛顿运动定律只适用于惯性参考系。
3. 关于物体的质量，下列说法正确的是( )
A．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的
B．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化
C．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
D．在相对论力学中，物体的质量随物体的速度的增大而增大
答案：ACD
解析：
解答：在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的，故选项A正确，B错误；在相对论力学中，由于物体的速度v不可能达到光速c，所以v＜c,1－2＜1，根据m＝，可知选项C、D均正确．
分析：在牛顿力学中，认为物体的质量是绝对的，不变的．在相对论力学中，认为物体的质量随物体速度的增大而增大．
4. 科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明（ ）
A．宇宙处在不断的膨胀中
B．银河系是一个庞大的天体系统
C．太阳是太阳系的中心天体
D．太阳和太阳系最终也会走向“死亡”
答案：A
解析：
解答：解：由题目给出的信息可知，整个宇宙处在不断的膨胀中；银河系只是宇宙系统中的一部分，太阳也并不是太阳系的中心天体；该理论无法说明太阳系和太阳最终会走向死亡；故只有A符合题意，B、C、D不符合题意；故选：A．
分析：由题目给出的信息可知，星系之间的距离在不断扩大，那么整个宇宙的体积也就在不断的扩大，也就是整个宇宙在不断的膨胀中
5. 关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是( )
A．它们之间没有任何联系
B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了
C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题
D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论
答案：D
解析：
解答：狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能对于惯性参考系来讲，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．
分析：狭义相对论的几个重要的效应：①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；②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大．广义相对论将经典的牛顿的万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立．
6. 在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中的正确的是( )
A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的
B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的
C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的
D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的
答案：AD
解析：
解答：船外静止的观察者所选的参考系是惯性参考系，看到光是沿直线传播的．飞船在做匀加速直线运动，是非惯性参考系．在非惯性参考系中，时钟变慢、空间弯曲，所以航天员看到的光是沿曲线传播的．
分析：根据等效原理，航天员完全可以认为飞船没有加速运动，而是在船尾方向存在一块巨大的物体，它的引力场影响了飞船内的物理过程．因此我们得出结论：物质的引力使光线弯曲．
7.在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为( )
A．洞口为椭圆形，长度变短
B．洞口为圆形、长度不变
C．洞口为椭圆形、长度不变
D．洞口为圆形，长度变短
答案：D
解析：
解答：在运动方向上由于有“尺缩效应”，故隧道长度变短；在垂直运动方向上，没有“尺缩效应”，故洞口为圆形，故选D.
分析：在运动方向上由于有“尺缩效应”,故隧道长度变短;在垂直运动方向上,没有“尺缩效应”,即洞口为圆形。
8. 下列说法中正确的是( )
A．在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理
B．在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿运动定律仅适用于惯性参考系
C．一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
D．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
答案：AD
解析：
解答：根据广义相对论的广义相对性原理和等效原理，选项A、D正确。
分析：根据广义相对论的广义相对性原理和等效原理分析即可。
9. 对相对论的基本认识,下列说法正确的是( )
A.相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
B.爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量
C.在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟走得同样快
D.我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上长度变短了
答案：A
解析：
解答：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的,选项A正确;爱因斯坦通过质能方程阐明了质量与能量的联系,但不能认为质量就是能量,选项B错误;根据相对论可知运动的时钟变慢,选项C错误;竖直向上高速运动的球在水平方向上长度不变,沿运动方向上的长度才会变短,选项D错误。
分析：本题关键是记住相对论有关时间间隔的相对性公式、相对论质量公式，明确相对论的等效原理．质量与能量是两个不同的物理量，它们间存在联系．
10.人类最早对宇宙的认识学说是( )
A.地心说
B.日心说
C.大爆炸学说
D.以上说法都不正确
答案：A
解析：
解答：人类对宇宙的认识是一个渐进的过程.在人类历史上，相当长的时期内，人们认为地球是宇宙的中心，后来哥白尼提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，后来人类对宇宙的起源进行探究，物理学家伽莫夫提出了大爆炸学说.
分析：对于物理学历史要有一定的理解。
11. 一个物体静止时质量为m0，能量为E0；速度为v时，质量为m，能量为E，动能为Ek，下列说法正确的是( )
A．物体速度为v时能量E＝mc2
B．物体速度为v时动能Ek＝mc2
C．物体速度为v时动能Ek＝mv2
D．物体速度为v时动能Ek＝(m－m0)c2
答案：AD
解析：
解答：根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2，它包含了物体具有的所有形式的能量，E0表示物体静止时的能量，m0表示物体静止时的质量，如果速度为v时的质量为m，则速度为v时物体的能量为mc2，则此时物体的动能为Ek＝mc2－m0c2，故选项A、D正确，B、C错误．
分析：根据爱因斯坦的质能方程明确物体的能量及动能．
12.根据爱因斯坦质能方程，以下说法错误的是( )
A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等
B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小
C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可改变的
D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大
答案：C
解析：
解答：根据ΔE＝Δmc2，当能量变化时，参加核反应的物质的质量发生变化，故A正确；太阳在发生聚变，释放出大量能量，质量减小，故B正确，C错误．若地球向外辐射的能量小于从外界获得的能量，所以地球的质量将不断增大，D正确．
分析：根据爱因斯坦的质能方程明确物体的能量及动能．
13. 在地面附近有一高速飞过的火箭．关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面物体长度变小，时间进程变慢了
答案：BCD
解析：
解答：因为表达式l＝l0和Δt＝，可知l＜l0和Δt＞Δτ，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它的长度变短，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物体的长度越短，物理过程所经历的时间越长．故B、C、D正确．
分析：根据公式l＝l0和Δt＝即可分析理解。
14. 当物体以很大速度运动时，它的质量m与静止质量m0的关系是m＝，此时它的动能应该是( )
A.mv2 B.m0v2 C．mc2－m0c2 D．以上说法都不对
答案：C
解析：
解答：对于高速运动的物体，公式Ek＝mv2不再成立．只有当v c时，Ek＝mv2才成立．
分析：静质量指物体静止时的质量，不随物体形状、状态、位置的变化而变化；动质量指物体运动时的质量，与物体的运动速度有关，会随着物体的速度变化而变化。
15. 火箭以c的速度飞离地球，在火箭上向地球发射一束高能粒子，粒子相对地球的速
度为c，其运动方向与火箭的运动方向相反．则粒子相对火箭的速度大小为( )
A.c B. C.c D.
答案：C
解析：
解答：由u＝，可得－c＝
解得u′＝－c，负号说明与v方向相反．
分析：根据公式u＝分析即可。
二、填空题（共5题）
16.设高速行驶的火车相对地面的速度为v，车上的人相对火车沿火车运动的方向以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u＝ ，若车上人的运动方向与火车运动方向相反，则u′取 ；若u′＝c则代入上式得出u＝ ，即光速是宇宙速度的 ，且相对任何参考系，光速都是 的．
答案：|负值|c|极限|不变
解析：
解答：设高速行驶的火车相对地面的速度为v，车上的人相对火车沿火车运动的方向以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u＝，若车上人的运动方向与火负值；
分析：加强相关知识的理解。
17.广义相对性原理：在 中，物理规律都是 的．等效原理一个 引力场与一个 的参考系等价．广义相对论的几个结论①物质的 使光线弯曲．②引力场的存在使空间不同位置的 出现差别，引力场 ，时间进程越慢．
答案：任何参考系|相同|均匀的|做匀加速运动|引力|时间进程|越强
解析：
解答：广义相对性原理：在任何参考系，物理规律都是相同的。
分析：加强相关知识的理解。
18. 物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是： .由此可见，物体质量 ，其蕴含的能量 ．能量与质量成 ，所以质能方程又可写成 ．
答案：E＝mc2|越大|越多|正比
解析：
解答：物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：E＝mc2.由此可见，物体质量越大其蕴含的能量越多。能量与质量成正比，所以质能方程又可写成ΔE＝Δmc2。
分析：爱因斯坦的质能方程。
19.关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于 .
答案：大爆炸
解析：
解答：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性并为多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸. 尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有多不解之谜.
分析：加强对相关历史知识的了解。
20.在以0.5g加速度前进的火车中，摆长为l的单摆的周期为火车静止时单摆周期的 倍.（g为自由落体的加速度）
答案：0.94
解析：
解答：火车静止时单摆周期为T，据单摆的周期公式有：
火车以0.5g加速度前进时，增加一个与加速度反向的惯性力，则车内的自由落体加速度等效为：
此时单摆的周期
，
故以加速度行驶的火车中，单摆周期为火车静止时单摆周期的0.94倍.
分析：根据单摆的周期公式分析即可。
三、解答题
21.假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论．
答案：飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．
解析：
解答：飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．
分析：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
22.21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？
答案：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.
这个角速度折合每分钟4.2转.由于所需角速度跟空间站半径的二次方根成反比，所以如果半径是100m，转速可以降为每分钟3.0转。
解析：
解答：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.
这个角速度折合每分钟4.2转.由于所需角速度跟空间站半径的二次方根成反比，所以如果半径是100 m，转速可以降为每分钟3.0转。
分析：利用圆周运动及其向心力相关知识分析即可。
23. “反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为多少？
答案：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反.所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.
解析：
解答：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反.所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.
分析：抓住，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，得出反α粒子的电荷数和质量数。
24.电子的静止质量m0＝9.11×10－31kg，经电压加速后速率为0.94c，求电子的相对论质量．
答案：由狭义相对论知
m＝＝kg
＝2.69×10－30kg.
解析：
解答：由狭义相对论知
m＝＝kg
＝2.69×10－30kg.
分析：根据狭义相对论知m＝分析即可。
25.太阳在不断地辐射能量，因而其质量不断地减少．若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J，试计算太阳在一秒内失去的质量．估算5000年内总共减少了多少质量，并与太阳的总质量2×1027t比较之．
答案：根据相对论的质能关系式E＝mc2，可知，能量的任何变化必然导致质量的相应变化，即ΔE＝Δmc2.
由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其每秒内失去的质量为Δm＝ΔE/c2＝4×1026/(3×108)2kg
＝(4/9)×1010kg
5000年内太阳总共减少的质量为：
ΔM＝5000×365×12×3600××1010kg
＝3.504×1020kg
与总质量的比值为：
P＝＝＝1.752×10－10
这个比值是十分微小的．
解析：
解答：根据相对论的质能关系式E＝mc2，可知，能量的任何变化必然导致质量的相应变化，即ΔE＝Δmc2.
由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其每秒内失去的质量为Δm＝ΔE/c2＝4×1026/(3×108)2kg
＝(4/9)×1010kg
5000年内太阳总共减少的质量为：
ΔM＝5000×365×12×3600××1010kg
＝3.504×1020kg
与总质量的比值为：
P＝＝＝1.752×10－10
这个比值是十分微小的．
分析：根据爱因斯坦的质能方程分析即可。
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