2020年高中物理鲁教版选修3-4第6章《相对论与天体物理》测试卷

第6章《相对论与天体物理》测试卷
一、单选题(共15小题)
1.下列说法正确的是(　　)
A． 爱因斯坦的狭义相对论认为运动的时钟变快
B． 狭义相对论认为一切物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式
C． 在高速运动情况下，经典力学的规律仍然适用
D． 可以通过力学实验区分均匀引力场和一个做匀加速运动的参考系
2.经典力学不能适用于下列哪些运动(　　)



A． 以99%倍光速运行的电子束
B． 火箭的发射
C． 宇宙飞船绕地球的运动
D． “勇气号”宇宙探测器的运动



3.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
4.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
5.在经典的时空观中，下列说法错误的是(　　)．
A． 空间是恒定不变的
B． 时间是恒定不变的
C． 任何参考系中测量同一个物体的长度是相同的
D． 任何观察者测量同一个事件的时间是相同的
6.以下说法正确的有(　　)
A． 在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时钟变快了
B． 可以通过多普勒效应测量运动物体的速度
C． 微波的频率大于X射线的频率
D． 如果摆钟变快了，可以通过适当减少摆的长度校准摆钟
7.下列说法正确的是(　　)
A． 光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一
B． 由相对论知：m＝，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大
C． 在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
D． 根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是不同的
8.在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光(　　)



A． 经太阳时发生了衍射
B． 可以穿透太阳及其他障碍物
C． 在太阳引力场作用下发生了弯曲
D． 经过太阳外的大气层时发生了折射



9.话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是(　　)
A． 哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B． 弟弟思念哥哥而加速生长了
C． 由相对论可知，物体速度越大，在其上时间进程就越慢，生理过程也越慢
D． 这是神话，科学无法解释
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.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
12.根据相对论判断，下列说法正确的是(　　)．
A． 狭义相对论全面否定了经典力学理论
B． 如果物体在地面上静止不动，任何人在任何参考系里测得的物体的长度都是一样的
C． 由E＝mc2可知，质量可转变成能量
D． 物体的速度越大，质量也变得越大
13.在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观察，结果是(　　)



A． 一定同时
B． 可能同时
C． 不可能同时，但可能同地
D． 不可能同时，也不可能同地



14.下列说法正确的是(　　)
A． 开普勒发现了万有引力定律
B． 牛顿测定了万有引力常量
C． 爱因斯坦建立了狭义相对论
D． 物体高速(接近光速)运动时，其长度与运动状态无关
15.在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是(　　)



A．u＝u′＋v
B．u＜u′＋v
C．u＞u′＋v
D． 以上均不正确



二、填空题(共3小题)
16.绝对时空观的特点是：________、________，时间和空间都是绝对的．
17.以速度v绕地球旋转的人造卫星，它的时间Δτ和地球上同时测量的时间Δt的关系是__________；卫星上的长度l′，在地球上测量卫星的长度是__________．
18.广义相对论认为，在任何参考系中，物理规律都是________．
三、计算题(共3小题)
19.一个原来静止的电子，经过100 V的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？
20.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后该飞船将与一颗以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将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？
21.地球上一观察者，看见一飞船A以2.5×108m/s的速度从他身边飞过，另一飞船B以2.0×108m/s的速度跟随A飞行．求：
(1)A上的乘客看到B的相对速度；
(2)B上的乘客看到A的相对速度．



答案解析
1.【答案】B
【解析】狭义相对论认为运动的时钟变慢，故A项错．狭义相对论认为所有惯性系是等价的，一切物理规律在惯性系中都有相同的形式，故B项正确；在高速运动情况下，经典力学的规律不再适用，故C项错；一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等效，不能通过力学实验来区分，故D项错．
2.【答案】A
【解析】A.微观粒子不适用于经典力学，特别是以99%倍光速运行的电子束，故A符合题意；B.火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、“勇气号”宇宙探测器的运动都属低速运动，经典力学能适用．故选A.
3.【答案】D
【解析】由相对论质量公式可知，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．
4.【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．
5.【答案】B
【解析】时间是变化的，在经典时空观中时间是均匀地与任何外界事物无关地流逝着的，故B错．
6.【答案】B
【解析】A.根据Δt＝可知，在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时钟变慢了，故A错误；B.可以通过多普勒效应测量运动物体的速度．故B正确．C.微波的频率小于X射线的频率，故C错误；D.如果摆钟变快了，则摆动的周期变小了，根据T＝2π知，可以增大摆长校准摆钟，故D错误．
7.【答案】A
【解析】A.狭义相对论的两个基本假设是：光速不变原理和狭义相对性原理，故A正确；B.狭义相对论公式m＝中，光速是物体速度的极限，不可能达到，故B错误；C.根据相对论，有运动延迟效应和长度缩短效应，故在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了，故C错误；D.根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是相同的，故D错误．
8.【答案】C
【解析】根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确，A、B、D均错．
9.【答案】C
【解析】根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢．
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】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．
12.【答案】D
【解析】由相对论的结论可知，D正确．
13.【答案】B
【解析】两个相对静止的惯性系观测结果相同，其他则不同，故B正确．
14.【答案】C
【解析】牛顿发现了万有引力定律之后，卡文迪许用扭秤实验首先测出了万有引力常量，故A、B错误；爱因斯坦建立了狭义相对论和广义相对论，故C正确；根据相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都与物体的速度有关，都是相对的，故D错误．故选C.
15.【答案】B
【解析】根据相对论速度变换公式得：他相对地面的速度u＝＜u′＋v，故A、C、D错误，B正确．
16.【答案】时间和空间是分离的　时间尺度和空间尺度与物质运动无关
【解析】绝对时空观的特点是时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，时间和空间都是绝对的．
17.【答案】Δt＝　l′
【解析】根据狭义相对论的钟慢效应公式得：
地球上同时测量的时间Δt＝
由尺缩效应公式得：在地球上测量的长度l＝l′
18.【答案】相同的
【解析】狭义相对论认为，所有物理规律在惯性系中都是平等的，突出了惯性系特殊的地位．而广义相对论把这种思想更推广一些，认为不只是惯性系，所有参考系，物理规律都应该一样．
19.【答案】1.6×10－17J　0.02%　5.9×106m/s
【解析】加速后电子的动能是：Ek＝qU＝1.6×10－19×100 J＝1.6×10－17J
因为Ek＝mc2－mec2，所以m－me＝
因此＝
把数值代入，得：＝≈2×10－4
即质量改变了0.02%.这说明经过100 V电压加速后，电子的速度与光速相比仍然很小，因此可以使用Ek＝mv2这个公式．
由Ek＝mv2得电子的速度：v＝≈5.9×106m/s
这个速度虽然达到了百万米每秒的数量级，但仅为光速的2%.
20.【答案】(1)0.946c　 (2)4.0 s
【解析】(1)这是一个相对论速度变换问题，取地球为S系，飞船为S′系，向东为x轴正向，则S′系相对S系的速度v＝0.60c，彗星相对S系的速度ux＝－0.80c，由速度变换公式ux＝，代入数据得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Δt＝，有Δt＝5.0 s，解得Δt′＝4.0 s.
21.【答案】(1)－1.125×108m/s　(2)1.125×108m/s
【解析】(1)A上的乘客看地面上的人以－2.5×108m/s向后运动．
地面上的人看B以2.0×108m/s向前运动，则A上的乘客看到B的相对速度为u＝＝×108m/s＝－1.125×108m/s.
(2)同理，B上的乘客看到A的相对速度为1.125×108m/s.