第十五章 第3节、第4节 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介 习题 Word版含解析
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| 名称 | 第十五章 第3节、第4节 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介 习题 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 40.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-26 08:45:27 | ||
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文档简介
1．(物理学史)著名的科学家爱因斯坦在物理学的发展过程中做出了不可磨灭的贡献，下列不是他做出的贡献的是( )
A．发现了黑洞的存在
B．创造了狭义相对论
C．提出了广义相对论
D．提出了质量和能量的关系
答案 A
解析 黑洞并不是爱因斯坦发现的，因此选A。
2．(相对论质量)回旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是( )
A．加速器功率有限，不能提供足够大的能量
B．加速器内无法产生磁感应强度足够大的磁场
C．加速器内无法产生电场强度足够大的电场
D．速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速
答案 D
解析 回旋加速器中带电粒子运动的周期为T＝，当粒子速度比较小时，可以认为其质量是不变的，那么其周期也不变。但当粒子的速度很大，接近光速时，其质量明显增大，周期也发生了明显变化，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速，D正确。
3．(广义相对性原理和等效原理)(多选)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 根据广义相对论的广义相对性原理和等效原理，A、D正确。
4．(广义相对论)(多选)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
答案 ACD
解析 根据广义相对论的结论可知A、C、D正确，B错误。
5．(相对论速度变换公式)(多选)在一列相对于地面的速度为v的高速行驶的火车上，人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，根据相对论速度变换公式，下列说法正确的是 ( )
A．人相对于地面的速度小于人的速度和火车的速度之和
B．人相对于地面的速度大于人的速度和火车的速度之和
C．只要人和火车的速度足够大，人相对于地面的速度可以超过光速
D．不管人和火车的速度多大，人相对于地面的速度都小于光速
答案 AD
解析 火车的速度为v，人相对火车的速度为u′，地面上的人看到火车上的人相对地面的速度为u＝，经分析可知，A、D正确，B、C错误。
6．(相对论速度变换公式)一列沿平直轨道高速运行的火车相对地面的速度为c，车上的人以的速度沿着火车前进的方向相对于火车运动，那么这个人相对地面的速度为( )
A.c B.c C.c D.c
答案 C
解析 由相对论的速度变换公式知u＝＝＝c。
7．(质能方程)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 由题意E＝m0c2，即：m0c2＝0.511×106×1.6×10－19 J，ΔE＝Δmc2，即：Δmc2＝0.25×106×1.6×10－19 J，可得＝≈0.5，故只有C正确。
8．(相对论速度变换公式)地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108 m/s跟随A飞行。求A上的乘客看到B的相对速度大小。
答案 1.125×108 m/s
解析 A上的乘客看地面以－2.5×108 m/s向后运动，在地面上看B以2.0×108 m/s向前运动；则A上乘客看B的速度为u＝＝ m/s＝－1.125×108 m/s。
B组：等级性水平训练
9．(广义相对论)(多选)下列说法中正确的是( )
A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星
B．强引力作用可使光谱线向红端偏移
C．引力场越强的位置，时间进程越快
D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的
答案 ABD
解析 由广义相对论可知，物质的引力使光线弯曲，我们有可能看到太阳后面的恒星，实际的空间是弯曲的，A、D正确；在引力场中时间进程变慢，引力越强，时间进程越慢，物质发出的光谱线向红端偏移，C错误，B正确。
10．(广义相对论和狭义相对论)(多选)下列说法中正确的是( )
A．广义相对论正确解释了万有引力
B．麦克斯韦电磁场理论不符合狭义相对论
C．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架
D．狭义相对论是非惯性参考系之间的理论
答案 AC
解析 牛顿万有引力理论没有给出引力的传递速度，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论框架，广义相对论将万有引力等效为时空弯曲，其几个结论已经过实验验证，A、C正确；麦克斯韦电磁场理论符合狭义相对论，B错误；狭义相对论是以惯性参考系为基础的，D错误。
11．(质能方程)(多选)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时的能量为E＝mc2
B．物体速度为v时的能量为E＝mv2
C．物体静止时能量E0＝m0c2
D．物体速度为v时的动能Ek＝mc2
E．物体速度为v时的动能Ek＝(m－m0)c2
答案 ACE
解析 由爱因斯坦质能方程可知，物体速度为v时的能量E＝mc2，A正确，B错误；物体静止时能量E0＝m0c2，C正确；物体速度为v时的动能Ek＝mc2－m0c2＝(m－m0)c2，D错误，E正确。
12．(相对论速度变换公式)一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动。此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同。求电子相对于实验室参考系的速度。
答案 0.817c
解析 由题意知：v＝0.05c，u′＝0.8c，
由相对论速度变换公式得u＝≈0.817c。
13．(综合)设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0 s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：
(1)飞船中的人测得彗星以多大的速率向它运动？
(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。
答案 (1)0.946c (2)4.0 s
解析 取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v＝0.60c，彗星相对S系的速率ux＝－0.80c
(1)由速度变换公式可得ux′＝≈－0.946c
即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。
(2)由时间间隔的相对性有Δt＝＝5.0 s
解得Δτ＝4.0 s。
A．发现了黑洞的存在
B．创造了狭义相对论
C．提出了广义相对论
D．提出了质量和能量的关系
答案 A
解析 黑洞并不是爱因斯坦发现的，因此选A。
2．(相对论质量)回旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是( )
A．加速器功率有限，不能提供足够大的能量
B．加速器内无法产生磁感应强度足够大的磁场
C．加速器内无法产生电场强度足够大的电场
D．速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速
答案 D
解析 回旋加速器中带电粒子运动的周期为T＝，当粒子速度比较小时，可以认为其质量是不变的，那么其周期也不变。但当粒子的速度很大，接近光速时，其质量明显增大，周期也发生了明显变化，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速，D正确。
3．(广义相对性原理和等效原理)(多选)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 根据广义相对论的广义相对性原理和等效原理，A、D正确。
4．(广义相对论)(多选)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
答案 ACD
解析 根据广义相对论的结论可知A、C、D正确，B错误。
5．(相对论速度变换公式)(多选)在一列相对于地面的速度为v的高速行驶的火车上，人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，根据相对论速度变换公式，下列说法正确的是 ( )
A．人相对于地面的速度小于人的速度和火车的速度之和
B．人相对于地面的速度大于人的速度和火车的速度之和
C．只要人和火车的速度足够大，人相对于地面的速度可以超过光速
D．不管人和火车的速度多大，人相对于地面的速度都小于光速
答案 AD
解析 火车的速度为v，人相对火车的速度为u′，地面上的人看到火车上的人相对地面的速度为u＝，经分析可知，A、D正确，B、C错误。
6．(相对论速度变换公式)一列沿平直轨道高速运行的火车相对地面的速度为c，车上的人以的速度沿着火车前进的方向相对于火车运动，那么这个人相对地面的速度为( )
A.c B.c C.c D.c
答案 C
解析 由相对论的速度变换公式知u＝＝＝c。
7．(质能方程)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 由题意E＝m0c2，即：m0c2＝0.511×106×1.6×10－19 J，ΔE＝Δmc2，即：Δmc2＝0.25×106×1.6×10－19 J，可得＝≈0.5，故只有C正确。
8．(相对论速度变换公式)地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108 m/s跟随A飞行。求A上的乘客看到B的相对速度大小。
答案 1.125×108 m/s
解析 A上的乘客看地面以－2.5×108 m/s向后运动，在地面上看B以2.0×108 m/s向前运动；则A上乘客看B的速度为u＝＝ m/s＝－1.125×108 m/s。
B组：等级性水平训练
9．(广义相对论)(多选)下列说法中正确的是( )
A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星
B．强引力作用可使光谱线向红端偏移
C．引力场越强的位置，时间进程越快
D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的
答案 ABD
解析 由广义相对论可知，物质的引力使光线弯曲，我们有可能看到太阳后面的恒星，实际的空间是弯曲的，A、D正确；在引力场中时间进程变慢，引力越强，时间进程越慢，物质发出的光谱线向红端偏移，C错误，B正确。
10．(广义相对论和狭义相对论)(多选)下列说法中正确的是( )
A．广义相对论正确解释了万有引力
B．麦克斯韦电磁场理论不符合狭义相对论
C．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架
D．狭义相对论是非惯性参考系之间的理论
答案 AC
解析 牛顿万有引力理论没有给出引力的传递速度，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论框架，广义相对论将万有引力等效为时空弯曲，其几个结论已经过实验验证，A、C正确；麦克斯韦电磁场理论符合狭义相对论，B错误；狭义相对论是以惯性参考系为基础的，D错误。
11．(质能方程)(多选)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时的能量为E＝mc2
B．物体速度为v时的能量为E＝mv2
C．物体静止时能量E0＝m0c2
D．物体速度为v时的动能Ek＝mc2
E．物体速度为v时的动能Ek＝(m－m0)c2
答案 ACE
解析 由爱因斯坦质能方程可知，物体速度为v时的能量E＝mc2，A正确，B错误；物体静止时能量E0＝m0c2，C正确；物体速度为v时的动能Ek＝mc2－m0c2＝(m－m0)c2，D错误，E正确。
12．(相对论速度变换公式)一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动。此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同。求电子相对于实验室参考系的速度。
答案 0.817c
解析 由题意知：v＝0.05c，u′＝0.8c，
由相对论速度变换公式得u＝≈0.817c。
13．(综合)设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0 s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：
(1)飞船中的人测得彗星以多大的速率向它运动？
(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。
答案 (1)0.946c (2)4.0 s
解析 取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速率v＝0.60c，彗星相对S系的速率ux＝－0.80c
(1)由速度变换公式可得ux′＝≈－0.946c
即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。
(2)由时间间隔的相对性有Δt＝＝5.0 s
解得Δτ＝4.0 s。