学业分层测评(十六)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．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
E．广义相对论把狭义相对性原理发展到了非惯性系
【解析】 由广义相对性原理和等效原理的内容知A、D、E正确．
【答案】 ADE
2．以下说法中正确的是( )
A．矮星表面的引力很强
B．时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些
C．在引力场越强的地方，物体长度越长
D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移
E．引力场越强，时钟变慢的效应越明显
【解析】 因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强，故A正确；根据广义相对论的结论可知，引力场越强，时间进程越慢，物体长度越短，故B正确，C错误；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为“引力红移”，故D错误；引力场越强，时钟变慢的效应越明显，E正确．
【答案】 ABE
3．下列说法正确的是( )
A．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系正急速的远离我们
B．哈勃发现的“红移”现象说明地球是宇宙的中心
C．“新星”和“超新星”是刚刚产生的恒星
D．“超新星”和“新星”的产生说明恒星正在不断灭亡
E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞
【解析】 哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系在远离我们，但不能说明我们就处于宇宙的中心，只能说明我们与远处的星系存在相对运动．故A对B错；“新星”和“超新星”是恒星消亡时的一种现象，故C错D对；“超新星”爆发后少数可能形成黑洞 ，E正确．
【答案】 ADE
4．下列说法中正确的是( )
A．物质的引力使光线弯曲
B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用
C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢
D．广义相对论可以解释引力红移现象
E．在强引力的星球附近，时间进程会变快
【解析】 由广义相对论知选项A、C、D正确；B、E错误．
【答案】 ACD
5．惯性质量mi和引力质量mg的大小关系为mi____________mg(填“＞”“＝”或“＜”)
【解析】 惯性质量和引力质量在本质上相同，二者相等．
【答案】 ＝
6．宇宙大爆炸理论被认为是________的开始．
【解析】 大爆炸之后，才有了时间和空间，时间和空间是不可分割的．
【答案】 时间和空间
7．大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸．除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的．上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀．面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀，如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是下面哪个图象________(填序号)．
【解析】 由题意知，宇宙半径R随时间t先匀速增大后加速膨胀，加速膨胀过程中R和时间平方成正比，半径随时间增大急剧增大，图象C符合．
【答案】 C
[能力提升]
8．有三只完全相同的时钟，时钟A放在高速行驶的火车上(火车时速200千米/小时)，时钟B放在高速旋转的圆盘边缘，随圆盘一起转动，其向心加速度约为2 000 g，时钟C放在中子星附近．关于这三只钟的变慢情况是时钟________和时钟________明显变慢，时钟________的变化不明显．
【解析】 火车的速度相对光速而言很小，时钟变慢不明显，B钟有很大的加速度，C钟受强引力作用，都明显变慢．
【答案】 B C A
9．关于广义相对论，下列说法中正确的是( )
A．万有引力可以用广义相对论作出正确的解释
B．惯性质量和引力质量相等，它们遵从相同的规律
C．广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广义相对论的框架
E．太阳的引力场会使周围空间发生弯曲
【解析】 万有引力可以纳入广义相对论的框架，可以用广义相对论作出正确的解释，A正确，D错；惯性质量和引力质量相等，遵从相同的规律，B正确；广义相对论是非惯性参考系之间的理论，C错；太阳的引力场会使周围空间发生弯曲，E正确．
【答案】 ABE
10．什么是引力红移现象？
【答案】 根据广义相对论，在引力场中，时钟变慢，太阳表面附近的引力场很强，原子发光的振动周期可以看成一台时钟，所以原子在太阳表面附近发出光的周期应比同类原子在地球表面附近发出光的周期长，周期长表示波长长，频率偏低，颜色偏红，这种现象称为“光谱线的引力红移”现象．
11．(1)假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应告诉我们什么？
【解析】 (1)宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行．两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力，即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的．
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲，因为加速运动的参考系中出现的惯性力等效于引力，使得光线发生弯曲．引力对光束的效应说明，引力的存在使空间变形．
【答案】 见解析
课时跟踪检测(十六) 广义相对论初步 探索宇宙
(时间：30分钟 满分：50分)
一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。)
1．下列说法中正确的是( )
①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
②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
③一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
④一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
A．①③ B．②③
C．②④ D．①④
2．对大爆炸理论提供支持的事实是( )
A．水星近日点的进动
B．光线在引力场中的弯曲
C．哈勃发现，遥远恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，波长变长
D．长度缩短效应
3．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
4．大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的。上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀。面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀，如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是图1中的哪个图像( )
图1
5．矮星表面原子发光的波长与同种原子在地球上发光的波长相比，下列说法正确的是
( )
A．矮星表面的原子发光波长较长
B．地球表面的原子发光波长较长
C．一样长
D．无法确定
6.如图2所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A、B、C三个时钟，下列说法正确的是( )
图2
A．A时钟走时最慢，B时钟走时最快
B．A时钟走时最慢，C时钟走时最快
C．C时钟走时最慢，A时钟走时最快
D．B时钟走时最慢，A时钟走时最快
二、非选择题(共2小题，共20分)
7．(8分)哪些实验观测支持广义相对论？
8．(12分)(1)假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应告诉我们什么？
答 案
1．选D 由广义相对性原理和等效原理的内容知①④正确，故应选D。
2．选C 大爆炸理论的主要观点是宇宙起源于一个“奇点”，发生大爆炸后，宇宙不断膨胀，温度不断降低。根据多普勒效应，如果恒星离我们而去，光的颜色偏红。哈勃的发现，表明不管往哪个方向看，远处的星系正急速远离我们而去，所以C正确。
3．选A 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，再后来哥白尼提出了“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，物理学家提出了大爆炸学说。
4．选C 由题意知，宇宙半径R随时间t先匀速增大后加速膨胀，加速膨胀过程中R和时间平方成正比，半径随时间增大急剧增大，图像C符合。
5．选A 矮星体积很小，质量却很大，其表面引力场很强，引力比地球表面大得多，其表面的时间进程比较慢，矮星上原子发光的波长比地球上同种原子发光的波长长，这也就是矮星上发生“光谱线红移”现象的原因，故A正确。
6．选C 由图可知A、B、C三个时钟的线速度不同，其中C时钟的线速度最大。由相对论可知C正确。
7．解析：水星近日点的进动、光线在引力场中的弯曲、引力红移现象和雷达回波延迟都支持广义相对论。
答案：见解析
8．解析：(1)宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行。两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力，即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的。
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲，因为加速运动的参考系中出现的惯性力等效于引力，使得光线发生弯曲。引力对光束的效应说明，引力的存在使空间变形。
答案：见解析
