上海市丰华高中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 课时训练（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．光波是横波，无线电波既有横波，又有纵波
B．多普勒效应说明波在传播过程中频率会发生变化
C．阴极射线是一种频率极高的电磁波
D．狭义相对论认为，不同惯性系中物理规律都是相同的
2．有关相对论的说法中正确的是（ ）
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考性中，一切物理规律都是相同的
B．狭义相对论认为在真空中的光速在不同的惯性参考性中是不同的，与光源的运动有关
C．若物体的能量增大，则它的质量减小
D．根据爱因斯坦的相对论，时间和空间都是永恒不变的
3．关于物体的质量，下列说法正确的是（ ）
A．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而增大
B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而减小
C．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而增大
D．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而减小
4．下列说法中正确的是
A．波长由长到短的排列顺序是：γ射线、红外线、紫外线、无线电波
B．紫外线能促使荧光物质发出荧光
C．利用光敏电阻制成光传感器可实现将电信号向光信号的转化
D．光速不变原理说的是光在任何介质中运动的快慢是相同的
5．2017年5月3日，中国科学技术大学潘建伟教授发布，利用高品质质量子点单光子源构建了世界首台单光子量子计算机．关于经典力学与量子力学的适用范围，下列说法正确的是
A．从宏观物体到微观的光子，经典力学都可以描述其运动规律
B．从地面上的物体到天体的运动,都服从经典力学的规律
C．经典力学认为生命过程的持续时间与运动状态有关
D．量子力学不能用来描述高速电子的运动
6．下列说法正确的是
A．迈克耳逊莫雷实验结果表明：不论光源与观察者怎样相对运动，光速都是一样的
B．太阳光通过三棱镜形成彩色光带是光的干涉现象
C．波源与观察者互相靠近和互相远离时，观察者接收到的波的频率不同
D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大
7．下列说法正确的是
A．对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去
B．白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的千涉现象
C．红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变
D．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千涉现象
E. 不管光源与惯性参考系中的观察者是否存在相对运动，观察者观察到的真空中的光速都是不变的
8．下列关于相对论说法正确的是（ ）
A．狭义相对性原理认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关
C．真空中的光速在不同参考系中都是相同的
D．长度的相对性表明，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时大
9．下列说法中正确的是_______．
A．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
B．如果质点所受的合外力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动
C．紫光的双缝干涉条纹间距不可能大于红光双缝干涉条纹间距
D．一个单摆在海平面上的振动周期为T，那么将其放在某高山之巅，其振动周期一定大
E.利用红外摄影可以不受天气（阴雨、大雾等）的影响，因为红外线比可见光波长长，更容易绕过障碍物
10．下列说法正确的是________
A．麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在
B．肥皂泡呈现彩色条纹是由光的干涉现象造成的
C．某人在速度为0.5c的飞船上打开一光源，则这束光相对于地面的速度应为1.5c
D．对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去
E. 声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
11．以下关于物理学知识的相关叙述，其中正确的是
A．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理
B．发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路
C．狭义相对论认为，在惯性参照系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
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．
12．下列是两则新闻事件：
①2011年9月24日，欧洲核子研究中心发现存在中微子超光速现象，但此现象有待进一步验证；
②2011年12月10日晚，近10年来观赏效果最好的月全食如约登场，我国天气晴好地区的公众都有幸观测到月全食发生的全过程和一轮难得的“红月亮”．与这两则新闻相关的下列说法中正确的是(　　)
A．相对论认为任何物质的速度都无法超过光在真空中的速度
B．如果中微子超光速被证实，爱因斯坦的相对论将一无是处
C．如果中微子超光速被证实，爱因斯坦的相对论理论将被改写
D．月全食是由于光的折射形成的
E. “红月亮”是太阳发出的一部分红光由于地球大气的折射作用折射到地球的后面去，如果恰好照到月亮上再被月亮反射到地球形成的
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？
14．请同学们讨论一下狭义相对论为什么叫做假设而不叫做原理?
参考答案
1．D
【解析】无线电波属于电磁波，只有横波，A错误；多普勒效应说明观察者与波源有相对运动时，接收到的波频率会发生变化，但波源的频率不变，B错误；阴极射线是高速电子流，不是电磁波，C错误；狭义相对论两个基本假设：一是在不同惯性参考系中，一切物理定律都是相同的，故D正确．
2．A
【解析】狭义相对论认为在不同的惯性参考性中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关，选项B错误；根据公式E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比，能量增加，则质量增加，故C错误；根据爱因斯坦的相对论，时间和空间都随速度的变化而变化．故D错误；故选A.
点睛：此题考查狭义相对论的几个基本结论，应该记住：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、狭义相对论的几个基本结论：
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.
3．C
【解析】
由相对论质量公式可知物体的质量随速度的增大而增大；经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似．在狭义相对论的所有公式中，只要令v＜＜c，在数学上稍作变换，就会发现，它们将全部退化为牛顿的经典力学公式，即在经典力学中，物体的质量基本上不随运动速度的变化而变化，ABD错误，C正确；故选C.
4．B
【解析】
波长由长到短的排列顺序是：无线电波、红外线、紫外线、γ射线，A错误；紫外线能促使荧光物质发出荧光，比如验钞机利用紫外线进行鉴别真伪，B正确；利用光敏电阻制成光传感器可实现将光信号向电信号的转化，C错误；光速不变原理说的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，而光在不同介质中运动的快慢是不相同的，D错误；故选B．
点睛：考查知识点较多，包含电磁波谱、传感器以及相对论中的光速不变原理，解题关键是记忆电磁波谱波长由长到短的排列顺序是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，以及各种电磁波的应用；理解传感器的作用和光速不变原理的内容.
5．B
【解析】
经典力学不可描述微观粒子的运动规律，故A错误；从地面上的物体到天体的运动,都服从经典力学的规律，故B正确；经典力学认为生命过程的持续时间与运动状态无关，故C错误；量子力学能用来描述高速电子的运动，故D错误．所以B正确，ACD错误．
6．AC
【解析】根据光速不变原理知，不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的，故A正确，太阳光通过三棱镜形成彩色光带是色散现象，B错误；当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，间距变小，观察者接收的频率增大，如果二者远离，间距变大，观察者接收的频率减小，故C正确；光的双缝干涉实验中，光的双缝干涉条纹间距，若仅将入射光从红光改为紫光，由于红光波长大于紫光，则相邻亮条纹间距变小，故D错误；
7．ADE
【解析】对于同一障碍物，波长越大的光波越容易发生衍射现象，从而绕过障碍物，现象A正确； 白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的色散现象，现象B错误； 红光由空气进入水中，频率不变，颜色不变，波速减小，则波长变短，现象C错误； 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干涉现象，现象D正确；根据相对论原理可知，不管光源与惯性参考系中的观察者是否存在相对运动，观察者观察到的真空中的光速都是不变的，选项E正确；故选ADE.
8．ABC
【解析】狭义相对性原理认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确； 相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，选项B正确；根据光速不变原理可知，真空中的光速在不同参考系中都是相同的，选项C正确；长度的相对性表明，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时短，选项D错误；故选ABC.
9．ADE
【解析】
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，选项A正确； 如果质点所受的合外力总是指向平衡位置，且满足F=-kx，则质点的运动就是简谐运动，选项B错误；根据 可知，因紫光的波长虽然小于红光，但是由于l和d不确定，则紫光的双缝干涉条纹间距也可能大于红光双缝干涉条纹间距，选项C错误； 一个单摆在海平面上的振动周期为T，根据可知，将其放在某高山之巅，重力加速度变小，其振动周期一定大，选项D正确； 利用红外摄影可以不受天气（阴雨、大雾等）的影响，因为红外线比可见光波长长，更容易绕过障碍物，选项E正确；故选ADE.
10．BED
【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹证实了电磁波的存在，A错误；肥皂泡呈现彩色条纹是光的薄膜干涉现象造成的，故B正确；在速度为0.5c的飞船上打开一光源，根据光速不变原理，则这束光相对于地面的速度应为c，故C错误；发生明显衍射的条件是光的波长大于障碍物尺寸或者与障碍物尺寸相差不大；波长越长，波动性越明显，故对于同一障碍物，波长越大的光波，越容易绕过去，故D正确；根据多普勒效应可知，声源与观察者相对靠近，观察者所接收的频率大于声源发出的频率，故E正确．
11．BCE
【解析】
交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应原理，选项A错误； 发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路，选项B正确； 狭义相对论认为，在惯性参照系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，选项C正确；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，选项D错误；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；故选BCE.
12．ACE
【解析】根据爱因斯坦的狭义相对论理论，光速是宇宙速度的极限，没有任何物质可以超越光速，选项A正确；如果中微子超光速被证实，那么爱因斯坦的经典理论将被改写，或者说爱因斯坦的相对论可能错了，但并不能说爱因斯坦的相对论将一无是处，选项B错误，C正确；月全食是月食的一种，当月亮、地球、太阳完全在一条直线上的时候，整个月亮全部处在地球的影子里，月亮表面大都昏暗了，就是月全食，月全食是由于光的直线传播形成的，选项D错误；“红月亮”是太阳发出的一部分红光由于地球大气的折射作用折射到地球的后面去，如果恰好照到月亮上再被月亮反射到地球形成的，选项E正确．故选ACE.
13．见解析
【解析】
【详解】
(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.
14．在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理
【解析】
【分析】
【详解】
在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理．
【点睛】
虽然这两个假设可以由麦克尔孙—莫雷实验直接推出，但毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度.