广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：5.1狭义相对论的基本原理 同步练习（含解析）

5.1狭义相对论的基本原理
1．从狭义相对论出发，我们可以得到下列哪些结论（　　）
A．同时的绝对性
B．事件的因果关系可以颠倒
C．运动的时钟变快
D．物体质量随速度增大而增大
2．经典力学规律有其局限性．物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用（　　）
A．
B．
C．
D．
3．相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义，而只是说明它有一定的适用范围．经典力学的适用范围是（　　）
A．宏观世界，高速运动
B．微观世界，低速运动
C．宏观世界，低速运动
D．微观世界，高速运动
4．关于电磁波和相对论下列说法正确的是（　　）
A．微波最适宜以天波的形式传播
B．托马斯．杨第一次用实验室证实了光是一种电磁波
C．理想实验是把实验的情况外推到一种理想状态，所以是不可靠的
D．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
5．下列相关说法中，正确的是（　　）
A．只要是波，都能发生衍射、干涉和偏振现象
B．火车过桥要慢开，目的是使驱动力的频率远大于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化电场周围一定可以产生电磁波
D．由爱因斯坦的狭义相对论可知，质量、长度和时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的
6．经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬.20世纪以来，人们发现了一些新的事实，用经典力学无法解释．下列说法正确的是(　　)
A．由于经典力学有局限性，所以它是错误的
B．当物体的速度接近光速时，经典力学仍成立
C．狭义相对论能描述微观粒子运动的规律
D．量子力学能描述微观粒子运动的规律
7．在物理学发展过程中，许多科学家作出了卓越的贡献，下列说法与事实相符合的是（
）
A．爱因斯坦提出了相对论
B．第谷通过对前人积累的观测资料的仔细分析研究，总结出行星运动规律
C．牛顿建立了万有引力定律，并利用扭秤装置测定了万有引力常量
D．伽利略通过多年的潜心研究，提出了“日心说”的观点
8．下列说法正确的是
A．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关
B．自然光在玻璃表面的反射光是偏振光
C．根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的电场周围一定可以产生变化的磁场
D．验钞机是利用红外线使钞票上的荧光物质发光效应进行防伪的
9．下列说法正确的是________．
A．物体做受迫振动时，振幅与物体本身无关
B．光纤通信是激光和光导纤维相结合实现的
C．火车以接近光速通过站台时车上乘客观察到站台上的旅客变矮
D．全息照相技术是光的衍射原理的具体应用
10．下列说法中正确的是____
A．物体做受迫振动时，驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大
B．光纤通信、医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理
C．因为声波的波长可以与通常的障碍物尺寸相近，所以声波很容易产生衍射现象
D．质点做简谐运动时，若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值
E.
地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变慢了
11．下列各说法中正确的是___________
A．对于受迫振动，驱动力的频率越大，受迫振动的振幅越大
B．摆钟偏慢时可缩短摆长进行校准
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关
D．火车鸣笛驶出站台时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
E.频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且加强区域和减弱区域相互间隔开来，这种现象叫作波的干涉
12．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，5.0s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。
13．(1)假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应告诉我们什么？
参考答案
1．D
【解析】
A、C、运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢；运动的钟变慢，打破了同时的相对性．故A错误C不正确；
B、运动的钟比静止的钟走得慢，但是事件的因果关系不可以颠倒．故B错误；D、质量（或能量）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D正确．故选D。
【点睛】解决本题需要了解1、狭义相对论的两个基本假设：①物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．这叫做相对性原理．②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．这叫光速不变原理．它告诉我们光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度．2、狭义相对论的几个重要的效应：①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；②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．③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大．
2．D
【解析】
当速度接近光速时，由相对论规律可知，物体的质量将随速度的变化而变化，经典力学不再适用；故D不适用经典力学；
故选：D．
【点睛】经典力学的局限性是宏观物体及低速运动．当达到高速时，经典力学就不在适用．
3．C
【解析】
牛顿运动定律能够解决宏观物体的低速运动问题，在生产、生活及科技方面起着重要作用；解决问题时虽然有一定误差，但误差极其微小，可以忽略不计；故经典力学仍可在一定范围内适用．经典力学不能用于处理高速运行的物体，对处理低速运动的宏观物体具有相当高的正确性；故C正确；
故选C．
【点睛】经典力学适用于宏观低速物体，不能适用于微观高速物体；相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，但并没有否认经典力学的意义．
4．D
【解析】
A、微波只能用空间波，散射波和穿透外层空间的传播方式．故A错误；
B、杨氏双缝干涉实验证明光能够发生干涉现象，而只有波才能发生干涉现象，故该实验证明了光具有波动性．故B错误；C、理想实验是把实验的情况外推到一种理想状态，是可靠的．故C错误；D、狭义相对论的相对性原理告诉我们，物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式．故D正确．故选D。
【点睛】电磁波传播的特点：1．长波传播的特点
由于长波的波长很长，地面的凹凸与其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略．在通信距离小于300km时，到达接收点的电波，基本上是表面波．2．中波传播的特点
中波能以表面波或天波的形式传播；3．短波传播的特点
与长，中波一样，短波可以靠表面波和天波传播．由于短波频率较高，地面吸收较强，用表面波传播时，衰减很快；4．超短波和微波传播的特点
超短波，微波的频率很高，表面波衰减很大；电波穿入电离层很深，甚至不能反射回来，所以超短波，微波一般不用表面波，天波的传播方式，而只能用空间波，散射波和穿透外层空间的传播方式．杨氏双缝干涉实验证明光能够发生干涉现象；理想实验是可靠的。
5．D
【解析】
A、只要是波，都能发生衍射、干涉现象，而只有横波才能产生偏振现象．故A错误；
B、火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥．故B错误；C、当均匀变化的电场则产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场；均匀变化的电场不能产生电磁波．故C错误；D、由爱因斯坦的狭义相对论可知，质量、长度和时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的．故D正确．故选D。
【点睛】只有横波才能产生偏振现象；变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场；当驱动力频率等于固有频率时达到共振，最易损坏桥梁．知道爱因斯坦的相对论的基本内容，从而即可求解．
6．D
【解析】
相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形．故A错误．当物体的速度接近光速时，经典力学不成立，故B错误．量子力学能够描述微观粒子运动的规律．故C错误，D正确．故选D．
点睛：该题考查经典力学的使用范围，记住：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体．
7．A
【解析】
A、爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，故A正确．B、开普勒发现了行星运动的规律，故B错误．C、卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故C错误；D、波兰天文学家哥白尼，经过长期天文观察，利用工作余暇写成以“日心说”为主要论点的《天体运行论》一书，故D错误；故选A．
【点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
8．B
【解析】
相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，故A错误；偏振是横波特有的现象，自然光在玻璃表面的反射光是偏振光，故B正确；根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，恒定的电场不会产生磁场，故C错误；验钞机是利用紫外线使钞票上的荧光物质发光效应进行防伪的，故D错误。所以B正确，ACD错误。
9．B
【解析】
受迫振动时，其振幅与驱动的频率和固有频率的比值有关；光纤通信是激光的频率单一性；光速不变原理有相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都是相对的；全息照片是利用激光的相干性较好.
【详解】
A、物体做受迫振动时，当驱动力频率等于物体的固有频率时，振幅最大，出现共振现象，驱动力频率与固有频率相差越小，振幅越大；故A错误.
B、光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，利用了激光的频率单一性的特点；故B正确.
C、根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮；故C错误.
D、全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性；故D错误.
故选B.
【点睛】
该题考查受迫振动、光纤通信、激光的性质、全息照片、爱因斯坦的相对论等在实际生活的现象．
10．BCE
【解析】
物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于物体的固有频率时发生共振现象，此时物体的振幅最大；并非驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大，选项A错误；光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，选项B正确；因为声波的波长可以与通常的障碍物尺寸相近，所以声波很容易产生衍射现象，选项C正确；质点做简谐运动时，若位移为负值，则速度可能为正值，也可能为负值，但是加速度也一定为正值，选项D错误；根据相对论原理可知，地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变慢了，选项E正确；故选BCE.
11．BCE
【解析】
对于受迫振动，当策动力的频率与振子的固有频率相等时，振子的振幅最大；则驱动力的频率越大，受迫振动的振幅不一定越大，选项A错误；摆钟偏慢，说明周期偏大，则可缩短摆长减小周期进行校准，选项B正确；根据相对论原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关，选项C正确；根据多普勒效应，火车鸣笛驶出站台时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低，选项D错误；频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且加强区域和减弱区域相互间隔开来，这种现象叫作波的干涉，选项E正确；故选BCE.
12．(1)0.946c　(2)4.0s
【解析】
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系的速率v=0.60c，彗星相对S系的速率ux=0.80c，
（1）由速度变换可得所求结果，
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，解得Δτ=4.0s。
13．见解析
【解析】
(1)宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行.两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力，即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的；
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲，因为加速运动的参考系中出现的惯性力等效于引力，使得光线发生弯曲.引力对光束的效应说明，引力的存在使空间变形.