第6章 相对论与天体物理 章节测试题 word版含解析

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2019鲁科版高中物理选修3-4第6章《相对论与天体物理》章节测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.关于相对论，以下说法正确的是(　　)
A． 在一切惯性参考系中，测量到的真空的光速c都一样
B． 狭义相对论时空观认为时间与运动无关
C． 狭义相对论时空观认为空间与运动无关
D． 狭义相对论认为质量是物体本身固有的，与运动无关
2.在相对论中，下列说法错误的是(　　)
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． 物质的引力使光线弯曲
C． 引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
D． 惯性系中的观察者观察一个相对他做匀速运动的时钟时，会看到这个时钟的示数与相对他静止的同样的时钟的示数相同
3.下列哪些不是“相对论”的内容(　　)
A． 狭义相对性原理
B． “尺缩效应”
C． 动钟变慢
D． 质量不变，因为它是物体的固有属性，与运动状态无关
4.关于狭义相对论，以下说法中正确的是(　　)
A． 在不同的惯性系中测量，光速是不同的
B． 在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中，时钟会变慢
C． 在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船沿速度方向的长度会变长
D． 牛顿第二定律在不同的惯性系中有不同的表述方式
5.一个电子的运动速度为0.6c，则该电子的动能约为(电子的静止能量为0.51 MeV)(　　)
A． 0.13 MeV
B． 0.21 MeV



C． 0.34 MeV
D． 0.45 MeV
6.关于狭义相对论，下列说法中正确的是(　　)
A． 宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了
B． 宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了
C． 一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短
D． 对于确定的物体，无论运动速度有多大，物体的质量都不会改变
7.下列说法中正确的是(　　)
A． 被拍打的篮球上下运动是简谐运动
B． 受迫振动的物体总以它的固有频率振动
C． 当观察者和波源间存在相对运动时一定能观察到多普勒效应现象
D． 在以速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢
8.从牛顿到爱因斯坦，物理学理论发生了跨越式发展．下列叙述中与爱因斯坦相对论的观点不符合的是(　　)
A． 高速运动中的尺子变长
B． 高速运动中的时钟变慢
C． 高速运动中的物体质量变大
D． 光速是自然界中速度的极限
9.爱因斯坦的相对论是科学史上最伟大的理论之一，下列是一些关于相对论的说法，其中错误的是(　　)
A． 物理规律在所有的惯性系中具有相同的形式
B． 在任何惯性系中，光在真空中的速度都是c
C． 物体在运动时的质量总是小于静止时的质量
D． 物体在运动方向的长度总是小于静止时的长度
10.为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程，下列说法中不正确的是(　　)
A． 表明物体具有的能量与其质量成正比
B． 根据质能方程可以计算核反应中释放的核能
C． 一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D． 式中的E是发生核反应中释放的核能
11.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．
12.已知太阳内部进行着激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为4×1026J，则可算出(　　)
A． 太阳的质量约为4.4×106t
B． 太阳的质量约为8.8×106t
C． 太阳的质量每秒减少约为4.4×106t
D． 太阳的质量每秒减少约为8.8×106t
13.据报道，欧洲大型强子对撞机开足马力可以把粒子加速到光速的99.9%，单束粒子能量可达到7万亿电子伏特．下列说法正确的是(　　)
A． 如果继续对粒子加速，粒子速度可以达到光速
B． 如果继续对粒子加速，粒子速度可能超过光速
C． 粒子高速运动时质量大于静止时的质量
D． 粒子高速运动时质量小于静止时的质量
14.下列说法正确的是(　　)
A． 空中绕地球运行的卫星的质量比静止在地面上时大得多
B． 爱因斯坦质能方程E＝mc2中的m是物体静止时的质量
C． 爱因斯坦指出：对不同的惯性系，物理规律是不一样的
D． 光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的
15.下列说法中正确的是(　　)
A． 变化的电场一定产生变化的磁场
B． 在不同的惯性系中，一切物理规律是相同的
C． 相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关
D． 观察者感觉到火车驶近时的鸣笛声频率比火车静止时低
16.通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有(　　)
A． 停在地面上的汽车
B． 绕地球做匀速圆周运动的飞船



C． 在大海上匀速直线航行的轮船
D． 以较大速度匀速运动的磁悬浮列车
17.某火箭在地面上的长度为L0，发射后它在地面附近高速(约0.3c)飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是(　　)
A． 下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变快了
B． 下方地面上的人观察到火箭变短了
C． 火箭上的人观察到火箭变短了
D． 火箭上的人看到下方地面上的所有物体都变短了
18.爱因斯坦创立了“相对论”，提出了著名的质能方程，下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是(　　)．
A． 若物体能量增大，则它的质量增大
B． 若物体能量增大，则它的质量减小
C． 若核反应过程质量减小，则需吸收能量
D． 若核反应过程质量增大，则会放出能量
19.下列说法正确的是(　　)
A． 一枚静止时长为30 m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度为24 m
B． 日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是衍射中产生的色散现象
C． 单摆在周期性的驱动力作用下做受迫运动，驱动力的频率增大，单摆的振幅不可能减小
D． 狭义相对论的一个重要结论：质能方程说明物体的总能量和它的质量是正比关系，能量和质量可以相互转化
20.质子在加速器中被加速，当其动能为静止能量的4倍时，其质量为静止质量的几倍(　　)
A． 4
B． 5
C． 6
D． 8


第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.电子的静止质量为m0＝9.11×10－31kg.试分别用焦耳和电子伏为单位来表示电子的静质能．
22.一高能加速器沿相反方向射出两个质点，速度均为0.6c，则它们的相对速度是多少？
23.一静止体积为V0，静止质量为m0的立方体沿一棱长方向相对地面以速率v运动，求地面的测量者测得的体积和质量．
24.一个以2×108m/s的速度运动的球，半径为a，试分析静止着的人观察球会是什么样的形状？




答案解析
1.【答案】A
【解析】A.根据光速不变原理知：在一切惯性参考系中，测量到的真空的光速c都一样，A正确；B.经典时空观认为时间间隔、空间距离以及物体的质量都是绝对不变的，但根据狭义相对论钟慢效应，狭义相对论时空观认为时间与运动有关，故B错误；C.根据狭义相对论尺缩效应，空间与运动有关，C错误；D.狭义相对论认为速度越大，质量越大，故D错误．
2.【答案】D
【解析】A.根据光速不变原理，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，故A正确；B.物质的引力使光线弯曲，B正确；C.引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，C正确；D.根据钟慢效应，惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的同样的时钟走得慢些．故D错误．
3.【答案】D
【解析】　由m＝知，质量与物体的运动速度有关，故D选项不是相对论中的内容．
4.【答案】B
【解析】A.根据爱因斯坦狭义相对论的光速不变原理，知真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故A错误；B.根据狭义相对论的钟慢效应可知，在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中时钟会变慢，故B正确；C.按照狭义相对论的尺缩效应，接近光速飞行的飞船沿速度方向的长度总比静止时的短，故C错误；D.根据爱因斯坦狭义相对论的相对性假设，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D错误．故选B.
5.【答案】A
【解析】由于此时电子的动能特别大，其速度接近光速，设该速度为v，因此电子的质量：m＝＝1.25m0
电子的动能：Ek＝0.25m0c2
将电子的静止能量为0.51 MeV代入上式，得：Ek＝0.25E0≈0.13 MeV.
6.【答案】A
【解析】A.根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船是在做高速运动，所以地球上的人观察飞船上的时钟变慢了，故A正确；B.宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船的人观察飞船是不运动的，所以飞船上的时钟没有变慢，故B错误；C.观察者沿垂直于杆的方向运动时，观察到的杆的长度没有变化，故C错误；D.根据狭义相对论可知，物体的运动速度越大，则质量越大．故D错误．故选A.
7.【答案】D
【解析】A.根据质点做简谐运动的条件可知，做简谐运动的条件是回复力为F＝－kx，被拍打的篮球上下运动显然不是简谐运动，故A错误；B.做受迫振动的物体的振动频率与驱动力的频率相等，与物体的固有频率无关，故B错误；C.当观察者和波源间存在相对运动时不一定能观察到多普勒效应现象，如观测者绕波源做匀速圆周运动，故C错误；D.根据狭义相对论，在以速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢，故D正确．故选D.
8.【答案】A
【解析】A.根据狭义相对论的尺缩效应，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，故A错误；B.根据狭义相对论，运动的钟比静止的钟走得慢．故B正确；C.根据狭义相对论的基本结论，质量并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大，故C正确；D.根据光速不变原理可知，光速是自然界中速度的极限．故D正确．故选A.
9.【答案】C
【解析】A.根据相对性原理，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，所以A说法正确；B.根据光速不变原理，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，所以B说法正确；C.根据狭义相对论的基本结论，质量并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大，所以C的说法错误；D.根据狭义相对论的尺缩效应，D说法正确，所以选C.
10.【答案】D
【解析】爱因斯坦的质能方程反映了物体质量与能量、质量变化与能量变化间的关系．式中的能量并非单指核能，而是表示物体具有的各种能，故A、B、C正确，D错误．
11.【答案】C
【解析】由u＝，可得－c＝，解得u′＝－c，负号说明与v方向相反．
12.【答案】C
【解析】由质能方程ΔE＝Δmc2得：Δm＝＝kg＝4.4×109kg＝4.4×106t，故只有C选项正确．
13.【答案】C
【解析】根据相对论的基本假设，粒子的速度不可能达到光速或超过光速，故A、B错误；由m＝知，粒子高速运动时的质量大于静止时的质量，故C正确，D错误．故选C.
14.【答案】D
【解析】A.由于卫星的速度仍远小于光速，故其质量并不比地面上质量大很多，故A错误；B.静止的物体和运动的物体都具有能量，故B错误；C.爱因斯坦狭义相对论提出：对不同的惯性系，物理规律是相同的，爱因斯坦广义相对论提出：对不同的参考系，物理规律是相同的，故C错误；D.光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的，故D正确．故选D
15.【答案】B
【解析】变化的电场不一定产生变化的磁场，比如均匀变化的电场产生稳定的磁场，故A错误；物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，故B正确；根据狭义相对论的几个基本结论可知，相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，故C错误；根据多普勒效应可知，观察者感觉到火车驶近时的鸣笛声频率比火车静止时高，故D错误．故选B.
16.【答案】B
【解析】由惯性系和非惯性系的概念可知选B.
17.【答案】B
【解析】由时间间隔的相对性知，下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变慢了，A错；由长度的相对性知，下方地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的人观察到火箭长度没变，B对，C错；火箭上的人看到在垂直运动方向上的物体的长度不变，D错．
18.【答案】A
【解析】由E＝mc2可知，若E增大，则m增大，若E减小，则m减小，A正确，B错误；若m减小，则E减小，若m增大，则E增大，C、D均错误．
19.【答案】A
【解析】根据长度的相对性：L＝L0得，观察者测得火箭的长度为：L＝24 m，故A正确；日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是光的干涉现象，故B错误；单摆在周期性的驱动力作用下做受迫运动，当驱动力的频率与单摆的固有周期相同时，振幅最大，故C错误；狭义相对论的一个重要结论：质能方程说明了物体的总能量和它的质量的关系，能量和质量是不可以互换的，故D错误．
20.【答案】B
【解析】Ek＝E－E0＝mc2－m0c2
Ek＝4E0，则m＝5m0.
21.【答案】8.2×10－14J　0.51 MeV
【解析】由质能方程得
E0＝m0c2＝9.1×10－31×(3.0×108)2J≈8.2×10－14J＝eV≈0.51 MeV.
22.【答案】0.88c
【解析】以其中任意一个质点为运动参考系，要求的就是另一个质点在该运动参考系下的运动速度u′.由题意知，运动参考系相对静止参考系的速度v＝0.6c，质点相对于静止参考系的速度u＝－0.6c.
根据相对论的速度叠加公式u＝，可知－0.6c＝.
可解得u′＝－0.88c，即该质点相对于运动参考系(另一质点)的速度大小为0.88c.
23.【答案】体积是V0，质量为
【解析】根据狭义相对论的尺缩效应公式得
l＝l0
由静止观察者测得立方体的长、宽、高分别为x＝x0，y＝y0，z＝z0，相应的体积为V′＝xyz＝x0y0z0＝V0
根据质量与速度的关系m＝.
24.【答案】长轴为2a，短轴为1.49a的椭球体
【解析】由长度相对公式有l＝l0，v一定，球沿运动方向上的长度成比例地减小，球沿运动方向的最大长度为l＝2a·＝2a·＝1.49a，垂直于球运动方向，球的长度不变为2a.因此静止的人观察球的形状会是长轴为2a，短轴为1.49a的椭球体．