上海市北虹高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：5.2狭义相对论的基本原理 课时作业（含解析）

5.2狭义相对论的基本原理
1．下列说法正确的是（ ）
A．全息照相主要是利用了光的偏振
B．增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的1／4
C．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象
D．爱因斯坦关于狭义相对论的两个基本假设分别是:⑴狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。⑵光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同
2．下列说法中不正确的是
A．在α粒子散射实验中，使少数α粒子产生大角度偏转的力是原子核对粒子的库仑斥力
B．氢原子在辐射出一个光子后，核外电子的动能增大
C．已知氦原子的质量m1、电子质量m2、质子质量m3、中子质量m4，则质子和中子在结合成氦核时的质量亏损为（2 m4+2 m3－m1）
D．爱因斯坦狭义相对论的基本结论之一是运动物体长度会收缩，即l =l0 ，它是因时空条件不同而引起的观测效应
3．在狭义相对论中，下列说法正确的是（ ）
A．所有惯性系中基本规律都是等价的
B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态有关
C．在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向的传播速度不相同
D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态而改变
4．设某人在以速度为0.5c运动的列车上，打开光源沿列车运动的方向向前发出一束光，刚下列说法中正确的是
A．位于列车正前方地面上的观察者测得这束光的光速为1.5c
B．位于列车后方地面上的观察者测得这束光的光速为0.5c
C．在地面上任何地方的观察者测得这束光的光速都是c
D．只有在垂直列车前进方向的地面上的观察者测得这束光的光速是c
5．设某人在以速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，光向四面八方辐射．则下列说法正确的是( )
A．飞船正前方地面上的观察者测得这一光速为1.5c
B．飞船正后方地面上的观察者测得这一光速为0.5c
C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者测得这一光速是c
D．在另一个以速度为0.5c的反方向运动的飞船上的观察者看不到光
6．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
7．下列说法中正确的是（ ）
A．做简谐运动的物体，其振动能量与振动的频率有关
B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关
D．在同一种介质中，不同频率的机械波的传播速度不同
8．下列说法中正确的是 ．
A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率
C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢
D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的相比增大
9．以下物理学知识的相关叙述中，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偏振
B．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
C．变化的电场周围一定产生变化的磁场
D．狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
E. 在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜
10．在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的
A．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．
B．质量、长度、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．
C．在惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生．
D．惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些．
11．下列说法正确的是
A．泊松亮斑有力地支持了光的微粒说，杨氏干涉实验有力地支持了光的波动说．
B．在地球上如果测到来自遥远星系上的元素发出的光波波长变长，说明该星系在离我们远去
C．当波源或者接受者相对于介质运动时，接受者往往会发现波的频率发生了变化，这种现象叫多普勒效应．
D．考虑相对论效应，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
12．下列物理学公式正确的是
A．声音在空气中的传播速度（p为压强，为密度）
B．声音在空气中的传播速度（p为压强，为密度）
C．爱因斯坦提出的质量与速度关系（为静止质量，c为光速，为物体速度）
D．爱因斯坦提出的时间与速度关系（为静止时间，c为光速，为物体速度）
13．下列说法中正确的是（ ）
A．雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的
B．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
C．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光变为红光，则条纹间距变宽
E.由红光和绿光组成的一束光束从水中射向空气，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光
14．地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？如果物体的速度达到0.8c（c为真空中的光速）它的质量增大到静止质量的多少倍？
参考答案
1．D
【解析】全息照相主要是利用了光的干涉，选项A错误； 增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的1／4，选项B错误； 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，选项C错误； 爱因斯坦关于狭义相对论的两个基本假设分别是:⑴狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。⑵光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同；选项D正确；故选D.
2．C
【解析】
在粒子散射实验中，使少数粒子产生大角度偏转的力是原子核对粒子的库仑斥力，故A正确；氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，能级减小，动能增大，故B正确；质子和中子结合成一个氦核，需要两个质子和两个中子，质量亏损，故C错误；爱因斯坦狭义相对论的基本结论之一是运动物体长度会收缩，即，它是因时空条件不同而引起的观测效应，故D正确．
3．A
【解析】
【详解】
A、狭义相对论的基本假设之一是相对性原理，即在所有惯性系中基本规律都是等价的，故A正确；
BC、狭义相对论的基本第二条基本假设是光速不变原理，即在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关，在不同的惯性系中，光速是相同的，故BC错误；
D、质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态而改变，即运动质量增加、尺缩效应、运动延迟效应；故D错误；
4．C
【解析】
【分析】
【详解】
光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的．即光在真空中沿任何方向的传播速度也是相同的．故ABD错误，C正确．
5．C
【解析】
根据光速不变原理，C正确．
6．D
【解析】
【详解】
AB、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AB错误
CD、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
7．BC
【解析】简谐运动的物体，其振动能量用振幅来反映，故A错误；全息照相的拍摄利用了激光的干涉，可以记录光强、光频、相位，有立体感，故B正确；根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，故C正确；在同一种介质中，不同频率的机械波的传播速度是相同的，故D错误；
8．CD
【解析】
：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，所以A错误；做受迫振动的物体，其频率等于驱动力的频率，与是否共振无关，所以B错误；地球相对高速飞离地球的飞船中的宇航员是高速运动的，所以宇航员认为地球上的时钟变慢，故C正确；根据多普勒效应，鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的相比增大，所以D正确．
9．BDE
【解析】
【详解】
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，选项A错误；
B.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，选项B正确；
C.变化的电场周围一定产生磁场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，选项C错误；
D.狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，选项D正确；
E.在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜，选项E正确.
10．AB
【解析】
【详解】
A.在狭义相对论中，速度的极限是光速，A正确。
B.在狭义相对论中，质量、长度、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，即都是相对的，B正确。
C.根据狭义相对论，同时具有相对性，在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，在其他惯性系中不一定是同时发生的；C错误。
D.在狭义相对论中，有运动延迟效应，但速度要接进光速，日常生活中的速度不能产生明显的相对论效应，D错误。
11．BCD
【解析】
【详解】
A、泊松亮斑是由于光的衍射产生的，所以泊松亮斑和杨氏干涉实验都有力地支持了光的波动说，故A错误；
B、当波源或者接受者相互靠近或远离时，接受者会发现波的频率发生了变化，这种现象叫多普勒效应；依据光的多普勒效应，物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移 blue shift）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低 （红移 red shift），波源的速度越高，所产生的效应越大，在地球上如果测到来自遥远星系上的元素发出的光波波长变长，说明该星系在离我们远去，故BC正确；
D、根据相对论效应尺缩效应得知，沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，故D正确．
12．BD
【解析】
【分析】
根据选项的表达式，分析其中物理量的单位找出等效单位的表达式．爱因斯坦提出的质量与速度关系,（m0为静止质量，C为光速，v为物体速度）；爱因斯坦提出的时间与速度关系（t0为静止时间，C为光速，v为物体速度。
【详解】
A、B项：密度的单位为kg/m3，压强的单位为N/m2，又1N=1kgm/s2，则的单位为，等于速度的单位。故B正确，A错误；
C项：爱因斯坦提出的质量与速度关系，（m0为静止质量，C为光速，v为物体速度）故C错误；
D项：爱因斯坦提出的时间与速度关系，（t0为静止时间，C为光速，v为物体速度），故D正确。
故应选：BD。
【点睛】
对于物理中的公式一定要牢固的掌握住，根据公式就可以判断物理量的单位与哪些单位等效。
13．BDE
【解析】
【详解】
A．雷达发射的电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，A错误；
B．由多普勒效应知，声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率，B正确；
C．爱因斯坦狭义相对论指出，在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值，这叫光速不变原理，C错误；
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光变为红光，因红光波长较大，则条纹间距变宽，D正确；
E．由红光和绿光组成的一束光束从水中射向空气，由于绿光的折射率较大，由全反射临界角公式可知，绿光的全反射临界角较小，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光，E正确。
故选BDE。
14．倍，1.6666667倍
【解析】
【分析】
【详解】
根据狭义相对论的质量公式，地球以的速度绕太阳公转时，
它的质量为
即增大到静止质量的1.00000005倍，物体速度达到0.8c时，它的质量为
即增大到静止质量的1.6666667倍。