广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：5.4广义相对论 课时训练（含解析）

5.4广义相对论
1．下列说法不正确的是（
）
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉
B．玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的衍射现象
C．光的偏振现象证实了光是横波。
D．不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
2．如图所示,地面上A、B两处的中点处有一点光源S，甲观察者站在光源旁,乙观察者乘坐速度为v（接近光速）的光火箭沿AB方向飞行.两观察者身边各有一只事先在地面校准了的相同的时钟.下列对相关现象的描述中，正确的是（
）
A．甲测得的AB间的距离大于乙测得的AB间的距离
B．甲认为飞船中的钟变慢了，乙认为甲身边的钟变快了
C．甲测得光速为c，乙测得的光速为c-v
D．当光源S发生一次闪光后，甲认为A、B两处同时接收到闪光，乙则认为A先接收到闪光
3．下列说法中正确的是（??
）
A．振动的物体通过平衡位置时，其合外力一定为零
B．电磁波、超声波均可在真空中传播
C．可见光在同一玻璃砖中传播时，波长越长、波速越小
D．以0.75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为c
4．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．振动的物体通过平衡位置时，其合外力一定为零
C．以的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为
D．照相机镜头呈淡紫色，是光的衍射结果
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、质量互相转化的理论
6．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉(　　)
A．你的质量在增加
B．你的心脏跳动在慢下来
C．你在变小
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度
7．下列说法不正确的是(　　)
A．分别用红光和紫光在同一装置上做衍射实验，红光条纹间距大于紫光条纹间距
B．由相对论知：
，所以回旋加速器无法将粒子加速到光速
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慢了
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．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
9．21世纪，宇航员要在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，有一种设计中的空间站看起来像个大车轮，它绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这样就人为造出一个重力，若空间站半径是50
m，为了使边缘处的自由落体加速度与地球表面相同，空间站每分钟应转多少转？如果半径是100
m呢？
10．假设有一对孪生兄弟A和B,其中B乘坐速度为v=0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)又飞回地球,据A在地球上的观测大角星离地球有40光年．这次B往返飞行经历的时间为80.8年(如果B离开地球时,他们的年龄为20岁),试问当B回到地球时,他们的年龄各有多大?
11．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:
(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．
参考答案
1．B
【解析】
A、用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的薄膜干涉，故选项A正确；
B、玻璃中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故，故选项B错误；
C、偏振是横波特有的现象，光的偏振现象能证明光是横波，故选项C正确；
D、可以通过迈克尔孙?莫雷实验得出：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的，后来爱因斯坦把它总结为：光速不变原理，故选项D正确；
不正确的故选项B。
2．A
【解析】
利用相对论的重要结论，如时间变慢、长度收缩假说、质速关系式和质能关系式分析现象.
【详解】
A．由爱因斯坦的长度收缩原理，可知运动的速度v越大，测出的距离越短，则乙测得的AB间的距离小于甲测得的AB间的距离；故A正确.
B．由时间变慢假说，可知运动的速度v越大，时间变慢，即乙测得的时间变长；故B错误.
C．根据爱因斯坦的光速不变原理，可知甲乙在两种不同的参考系里测出的光速都为c；故C错误.
D．甲乙在两种不同的参考系里测出的光速都为c,距离恒定，则AB两处都是同时接收到闪光；故D错误.
故选A.
【点睛】
本题考查了爱因斯坦的相对论知识，明确不同参考系中光速不变，在接近光速的参考系中时间变慢，长度变短，质量变大.
3．D
【解析】
A、回复力也不一定就是合外力，如在单摆中，单摆的回复力是重力沿轨迹切线方向的分力，并非是重力与绳子拉力的合力，故A错误．B、电磁波可在真空中传播，但超声波是机械波，不能在真空中传播，故B错误．C、不同波长的光波在同一介质中传播时，折射率n不同，波长越长，n越小，根据，波速越大，故C错误．D、根据光速不变原理可知，以0.75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为c，故D正确．故选D．
【点睛】
回复力可以是合外力，其不单纯是指某一个力．它是根据力的作用效果“总是要把物体拉回到平衡位置”命名的；回复力不是一种特殊性质的力．但回复力也不一定就是合外力．
4．C
【解析】
根据麦克斯韦的电磁场理论可知，不均匀变化的电场周围会产生变化的磁场，均匀变化的电场周围会产生恒定的磁场，所以A错误．振动的物体通过平衡位置时，其回复力一定为零，并不是合外力一定为零，B错误．根据光速不变原理可以知道，以的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度仍然为，C正确．照相机镜头呈淡紫色，是薄膜干涉的结果，D错误．故选择C.
【点睛】(1)麦克斯韦理论（2）回复力与合外力的关系（3）光速不变原理（4）薄膜干涉
5．A
【解析】
运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是狭义相对论的几个重要的效应，揭示了时间、空间并非绝对不变的属性，故A正确；爱因斯坦相对论借鉴法国科学家拉瓦锡的学说，但“借鉴”不等于“革命”，故B错误；直接说“否定了牛顿力学的原理”是没有一分为二的认识，爱因斯坦相对论解释了经典牛顿力学不能解释的高速、微观范围，但狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，即没有否定牛顿力学的原理，故C错误；狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律并提示了质量与能量相当，修正了能量、质量互相转化的理论，但“修正”也算不上革命．故D错误．所以A正确，BCD错误．
6．D
【解析】
相对论的基本概念是：当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的；当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉；当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动．但如果房子是在做匀速直线运动．即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动．即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．所以宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化．故D正确，ABC错误．
7．D
【解析】A、条纹间距与波长成正比，所以相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距，A正确；
B、由相对论知：
，但宏观物体的速度不能达到光速，B正确；
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符合相对论，由相对论知，故火箭上的时间进程变慢了，C正确；
D、根据广义相对论原理力学规律在不同参考系中是不变的，D错误；
本题选错误的，故选D。
8．ABE
【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错误；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错误；太阳的引力场会使周围空间发生弯曲，E正确．
9．4.2转；3.0转
【解析】
在空间站的边缘，物体所受的惯性离心力为，物体所受的重力，题目要求，由此解出，由角速度和转速的关系，解得转/分；
同理取半径，由，代入数据得转/分．
【点睛】
掌握惯性参考系（适用于牛顿的经典运动学）与非惯性参考系（适用于相对论）的比较；以及惯性力和非惯性力的区别．
10．A为100.8岁,B为55.2岁
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦的狭义相对论，空间距离是相对的，根据时间的相对性公式
列式求解即可．
设B在飞船惯性系中经历的时间为t′，根据相对论效应得：即有，解得：t′=35.2（年）
所以B回到地球时的年龄为20+35.2=55.2岁．
A的年龄为20+80.8=100.8岁．
点睛：本题主要考查了相对论，关键明确时间间隔的相对性，记住公式．
11．(1)-1.125×108
m/s
(2)1.125×108
m/s
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．
（1）A上乘客看地以-2.5×108
m/s的速度向后，在地面看B以2.0×108
m/s的速度向前，
则A上乘客看B的速度为,代入数据解得：．
（2）B看A则相反为1.125×108
m/s．
点睛：本题考查爱因斯坦的速度相对性公式，关键是记住公式．