2019沪科版高中物理选修3-4第5章《新时空观的确立》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-4第5章《新时空观的确立》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.下列说法中正确的是(　　)
A． 分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，蓝光的条纹间距宽
B． 光纤通信利用了全反射的原理
C． 肥皂泡呈现彩色条纹是由光的折射现象造成的
D． 现实中的动车组高速行驶时，在地面上测得车厢的长明显变短
【答案】B
【解析】A.双缝干涉实验中条纹间距与波长成正比，由于红色光的波长比蓝色光的波长大，所以相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距，故A错误；B.光纤通信利用了全反射的原理，故B正确；C.肥皂泡呈现彩色条纹是光在前后膜的反射光叠加产生干涉形成的，故C错误；D.根据狭义相对论可知，当列车的速度接近光速时，沿着速度方向长度才明显变短，故D错误．故选B.
2.世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟．既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢．这种说法是(　　)
A． 对的，对各种钟的影响必须相同
B． 不对，不一定对所有的钟的影响都一样
C． A和B分别说明了两种情况下的影响
D． 以上说法全错
【答案】A
【解析】根据爱因斯坦相对论的钟慢效应可知，若钟与观察者有相对运动，所有的钟都会变慢，而且变慢程度相同，这个结论与钟的构造、原理无关，故A正确，B、C、D错误．
3.如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　)

A． 0.4c
B． 0.5c
C． 0.9c
D． 1.0c
【答案】D
【解析】光速不变原理
4.下列说法中正确的是(　　)
A． 机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，这是因为它们都可以在真空中传播
B． 变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
C． 在地面上的人观察一根相对地面沿杆长方向高速运动的杆，他发现杆的长度比静止时的长度短
D． 狭义相对论的两个假设之一是真空中的光速在不同惯性参考系中是不相同的
【答案】C
【解析】A.电磁波和机械波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，这是波的特有现象．机械波的传播需要介质，在真空中不能传播，故A错误；B.均匀变化的电场产生恒定的磁场，只有周期性变化的电场才能形成周期性变化的磁场，故B错误；C.站在地面上的人观察一根相对地面沿杆长方向高速运动的杆，他发现杆的长度比静止时的长度短，故C正确；D.狭义相对论的两个基本假设是相对性原理和光速不变原理，故D错误．
5.爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的重大革命，因为它(　　)
A． 揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
B． 借鉴了法国科学家拉瓦锡的学说
C． 否定了牛顿力学的原理
D． 修正了能量、质量相互转化的理论
【答案】A
【解析】爱因斯坦相对论揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
6.在狭义相对论中，下列说法中正确的是(　　)
A． 经典物理学可视为相对论在低速运动时的特例
B． 真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的
C． 在高速运动情况下，惯性参考系中的物理规律不一定相同
D． 狭义相对论全面否定了经典物理学
【答案】A
【解析】相对论的出现，并没有否定经典物理学，经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形，所以A正确，D错．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错；根据狭义相对论的相对性原理，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，故C错．
7.爱因斯坦创立了“相对论”，提出了著名的质能关系，下面涉及对质能关系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
【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．
8.假设甲在接近光速的火车上看地面上乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是(　　)
A． 甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度大
B． 甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度小
C． 乙看到甲手中的尺的长度比甲看到自己手中的尺的长度大
D． 乙看到甲手中的尺的长度与甲看到自己手中的尺的长度相同
【答案】B
【解析】　由l＝l0可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的变短了，故B正确，A、C、D错误．
9.已知电子的静止能量为0.511 MeV，若电子的动能为0.25 MeV，则它所增加的质量Δm与静止质量m0的比值近似为(　　)
A． 0.1
B． 0.2
C． 0.5
D． 0.9
【答案】C
【解析】设电子运动时的速度为v
由题意知E0＝m0c2＝0.511 MeV①
电子运动时的能量E＝E0＋Ek＝0.761 MeV②
又因为E＝mc2③
m＝④
④代入③得E＝＝⑤
由④⑤可知＝
所以＝＝＝≈0.5，故选项C正确．
10.下列说法中不正确的是(　　)
A． 一根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． 地面上静止的人观察一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
C． 一根杆的长度静止时为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，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
【答案】C
【解析】若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变，C选项错误，故选C.
11.美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在．引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性．关于经典力学，下列说法正确的是(　　)
A． 经典力学完全适用于宏观低速运动
B． 经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C． 随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D． 由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
【答案】A
【解析】经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，故不会过时也不会失去价值，故C、D错误，故选A.
12.下列说法正确的是(　　)
A． 根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定产生变化的磁场
B． 波源与观测者相互靠近时，观测者测得的频率变小
C． 狭义相对论认为：火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后距离变大了
D． 某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x＝Asint，则质点在第1 s末与第5 s末的速度方向不同
【答案】D
【解析】A.根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生磁场，只有非均匀变化的电场周围才产生变化的磁场．在变化的磁场周围一定产生电场，只有非均匀变化的磁场周围才产生变化的电场，故A错误；B.波源与观测者相互靠近时，观测者测得的频率变大，故B错误；C.根据狭义相对论可知，火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后距离变小，故C错误；D.某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x＝Asint，与简谐振动的方程：x＝Asinωt比较可知，其角速度为，周期：T＝＝＝8 s，则质点在第1 s末与第5 s末时间差半个周期，所以它们的速度方向相反，故D正确．故选D.
13.有下列几种说法：
①所有惯性系对物理基本规律都是等价的；②在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关；③在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同的．关于上述说法(　　)
A． 只有①②是正确的
B． 只有①③是正确的
C． 只有②③是正确的
D． 三种说法都是正确的
【答案】D
【解析】所有惯性系对物理基本规律都是等价的；在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关；在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．
14.下列说法正确的是(　　)
A． 可以利用紫外线的热效应对物体进行烘干
B． 根据麦克斯韦的电磁理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
C． 光的偏振现象证明了光是一种纵波
D． 火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了
【答案】D
【解析】A.红外线的热效应显著，可以利用红外线的热效应对物体进行烘干，故A错误；B.根据麦克斯韦的电磁理论，变化的电场周围一定可以产生磁场，但如果是均匀变化的电场会产生恒定的磁场，不会形成电磁波，故B错误；C.光的偏振现象证明了光是一种横波，故C错误；D.火车以接近光速行驶时，根据爱因斯坦相对论的尺缩效应，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了，故D正确．
15.以下说法不正确的是(　　)
A． 经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B． 经典力学理论的成立具有一定的局限性
C． 经典力学适用宏观低速运动物体，一般不适用于微观高速运动物体
D． 相对论与量子力学证明了经典力学理论的局限性
【答案】A
【解析】经典力学在微观、高速情况下不再适用，经典力学的适用条件为：宏观世界、低速运动，故A错误，B、C正确；相对论与量子力学不适用于经典力学，证明了经典力学理论的局限性，D正确．
本题选择错误的，故选A.
16.在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的(　　)
①一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；②质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变；③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时钟走得慢些．
A． ①③是正确的
B． ①②是正确的
C． ①②③是正确的
D． ②③是正确的
【答案】C
【解析】由爱因斯坦狭义相对论可知，①②③说法均对，故正确答案为C.
17.按照相对论的观点，下列说法正确的是(　　)
A． 物体运动时的质量总是小于其静止时的质量
B． 物体运动时的质量总是等于其静止时的质量
C． 真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的
D． 真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的
【答案】D
【解析】由爱因斯坦质量公式公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，故A、B错误；光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，故C错误，D正确．
18.下列说法中正确的是(　　)
A． 光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
B． 拍摄橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一偏振片增加透射光的强度
C． 在受迫振动中，驱动力的频率总是等于物体的固有频率
D． 两列波叠加产生干涉现象，振动加强区域与减弱区域应交替变化
【答案】A
【解析】A.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故A正确；B.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片，运用光的干涉，将反射过滤，以增加拍摄的清晰度，但透射光的强度没有增加，故B错误；C.在受迫振动中，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，才能发生共振现象，不是总是相等的，故C错误；D.两列波相叠加产生干涉现象时，振动方向相同的为振动加强区域，振动方向相反的为减弱区域，它们是相互交替出现，不是交替变化，故D错误．
19.惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是(　　)



A．B．C．D．
【答案】C
【解析】由相对论知识l＝l0得，运动方向上的正方形的边长变短，垂直运动方向的正方形的边长不变，C图象正确．
20.下列说法不正确的是(　　)
A． 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
B． 相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同
C． 经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题
D． 当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
【答案】D
【解析】A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A正确；B.相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同，故B正确；C.经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动(相对于光速)的问题，故C正确；D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，故经典力学是适用的，故D不正确，故选D.

第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.一枚静止时长为30 m的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边掠过．观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光的二分之一呢？
【答案】30m　30 m　15m
【解析】火箭相对于火箭上的人是静止的，所以不管火箭的速度是多少，火箭上测得的火箭长度与静止时相同，为l′＝30 m．如果火箭的速度为v＝3×103m/s，地面观察者测得的火箭长度为l′＝l＝30×m＝30m
如果火箭的速度为v＝，地面观察者测得的火箭长度为
l′＝l＝30×m＝15m
22.电子静止时质量为9.1×10－31kg，被加速器加速后，其能量为1.28×109eV，问加速后电子的质量是多少？是静止质量的多少倍？
【答案】2.28×10－27kg　2 505
【解析】由E＝mc2可得
m＝＝kg≈2.28×10－27kg
所以＝≈2 505.
23.在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m．当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？
【答案】10 m　80 m
【解析】因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应有l＝l0＝100×m＝80 m．所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m.
24.π＋介子是一不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在它自己的参考系中测得)，则：
(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室参考系中测量它的寿命为多长？
(2)它在衰变前运动的距离为多少？
【答案】(1)4.33×10－8s　(2)10.39 m
【解析】(1)已知Δτ＝2.6×10－8s，v＝0.8c，根据Δt＝得，在实验室中测量它的寿命为Δt＝s≈4.33×10－8s.
(2)在衰变前它运动的距离为s＝v·Δt＝0.8×3×108×4.33×10－8m＝10.39 m.