上海市龙柏高中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 配套作业（含解析）

5.2狭义相对论的基本原理
1．下列说法中正确的是（ ）
A．经典力学可以解决自然界中所有的问题
B．相对论与量子力学否定了经典力学理论
C．发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船服从经典力学规律
D．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变
2．下列说法正确的是（ ）
A．变化的磁场周围一定产生变化的电场
B．在电磁波谱中由于y射线的贯穿能力极强，所以在医学上可用来透视人体
C．爱因斯坦相对论认为，物体的质量随物体速度的增加而增大
D．光在真空中的运动速度在不同的惯性系中测得的数值是不同的
3．以下关于电磁波与相对论的说法，正确的是
A．麦克斯韦预言了电磁波，且首次用实验证实了电磁波的存在
B．红外线是一种频率比紫外线还高的电磁波
C．电磁波能发生干涉、衍射现象
D．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得其车厢的长度明显变短
4．下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦预言和验证了电磁波的存在
B．只要有变化的电场，就一定有电磁波存在
C．狭义相对性原理是指一切物理规律在任何惯性系中具有相同的形式
D．接收电磁波时，通过调制来使接收电路中出现电谐振现象
5．关于下列说法正确的是______
A．变化的磁场一定会产生变化的电场
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿色光变为红色光，则条纹间距变宽
C．如果测量到来自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发出的光波波长长，这说明该星系正在远离我们而去
D．光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
E.光的偏振现象说明光波是纵波
6．下列说法正确的是_____
A．当一列声波从空气传入水中时，波长一定会变长
B．同一单摆在高山山脚的振动周期一定大于在该山山巅的振动周期
C．电磁波是横波，可以观察到其偏振现象
D．爱因斯坦狭义相对论认为在不同惯性参考系中光速不同
E.若测得来自某遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发出的光波波长长，则说明该星系正在远离我们而去
7．下列说法正确的是_____
A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
B．机械波传播方向上各质点的振动周期与波源的振动周期相同
C．能产生衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小
D．黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因为黑洞巨大的引力使环绕其运动的物体速度超过了光速
E.地面上的人观测到的一高速飞行的火箭长度要比火箭上的人观测到的要短一些
8．下列说法中正确的是（　　）
A．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象
B．用标准平面检查光学平面的平整程度利用了光的干涉现象
C．当观察者和波源间存在相对运动时一定能观察到多普勒效应现象
D．在高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢
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，与光源的运动和观察者的运动无关
B．用超声波被血流反射回来其频率发生变化的特点可测血流速度，这是利用多普勒效率
C．在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可减小干涉条纹的间距
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
E.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
10．关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是（ ）
A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动（速度接近于真空中的光速）
B．狭义相对论只适用于高速运动（速度接近于真空中的光速），不适用于低速运动
C．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动（速度接近于真空中的光速）
D．狭义相对论既适用于高速运动（速度接近于真空中的光速），也适用于低速运动
11．下列说法正确的是_________
A．在同一均匀介质中，经过一个周期的时间，波传播的距离为一个波长
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中可能不同
C．各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
D．验钞机是利用紫外线的特性工作的
E.做简谐运动的物体每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同
12．下列说法正确的是_____
A．因为声波的波长可以与通常的障碍物尺寸相比，所以声波比较容易产生衍射现象
B．向人体内发射频率己知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”
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偏振现象
D．麦克斯韦关于电磁场的两个基本观点是：变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场
E.狭义相对论认为真空中的光速与光的频率、光源的运动状态有关
13．以速度u高速远离地球的宇宙飞船发出频率为的单色光，已知真空中光速为c，则
A．该光相对飞船的速度等于
B．该光相对飞船的速度等于c
C．地球上接受到该光的频率大于
D．地球上接受到该光的频率小于
14．一支静止时长10 m的飞行物以3 km/s的速度从观察者的身边掠过，观察者测得飞行物的长度应为多少？飞行物上的人测得飞行物的长度应为多少？如果飞行物的速度为光速的三分之一呢？
15．如果一粒子的质量为其静止时的质量的100倍，该粒子必须以多大的速率运动？(光速为c)
参考答案
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
A. 经典力学适用于低速、宏观的物体，故A错误；
B. 经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似。在狭义相对论的所有公式中，只要令 ，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，故B错误；
C. 发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的速度都小于光速，所以服从经典力学规律，故C正确；
D. 在经典力学中，认为物体的质量是不变的,但在狭义相对论中质量，会随速度的增大而增大，故D错误；
故选C
2．C
【解析】根据麦克斯韦电磁场理论：变化的电场一定产生磁场；但均匀变化的电场只能产生恒定的磁场；故A错误；γ射线的贯穿能力极强，x光才用来透视人体．故B错误；根据爱因斯坦的狭义相对论认为，物体运动时的质量会随着物体运动速度的增大而增加，故C正确；根据光速不变原理，知在不同惯性系中，光在真空中传播速度大小相等，故D错误．故选C.
3．C
【解析】麦克斯韦预言了电磁波，赫兹首次用实验证实了电磁波的存在，选项A错误；红外线是一种频率比紫外线低的电磁波，选项B错误； 电磁波he其他波一样能发生干涉、衍射现象，选项C正确； 根据爱因斯坦相对论可知，运动方向的长度缩短，然而动车组高速行驶时，速度远达不到光速，则长度不变．故D错误．故选C．
4．C
【解析】麦克斯韦预言了电磁波，赫兹验证了电磁波的存在，选项A错误；只要有周期性变化的电场，就会产生周期性变化的磁场，则就一定有电磁波存在，选项B错误；狭义相对性原理是指一切物理规律在任何惯性系中具有相同的形式，选项C正确；接收电磁波时，通过调谐来使接收电路中出现电谐振现象，选项D错误；故选C.
5．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生磁场，只有非均匀变化的电场周围才产生变化的磁场；在变化的磁场周围一定产生电场，只有非均匀变化的磁场周围才产生变化的电场，故A错误；
B．在光的双缝干涉实验中，根据，若仅将入射光由绿色光变为红色光，则条纹间距变宽，故B正确；
C．由多普勒效应可知，如果测量到来自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发光的波长长，这说明该星系正在远离我们而去，故C正确；
D．相对论认为：光速不变原理是：真空中的光速大小在不同惯性参照系中都是相同的，故D正确；
E．光的偏振现象说明光波是横波，故E错误；
故选BCD。
6．ACE
【解析】
一列声波从空气中传入水中时，波速变大，根据，且f不变，则可知波长一定会变大，故A正确；同一地区，山脚下的重力加速度大于山顶的重力加速度，结合单摆的周期公式，可知，同一单摆在高山山脚的振动周期一定小于在该山山巅的振动周期．故B错误；偏振是横波特有的现象，电磁波是横波，能观察到其偏振现象．故C正确；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都是相同的，故D错误；根据多普勒效应，可知，当自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发光的波长长，由，得接收的频率变小，因此说明该星系正在远离我们而去，故E正确．
7．ABE
【解析】
【分析】
【详解】
A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期等于驱动力的周期，与单摆的固有频率无关，即与摆长无关，选项A正确；
B．机械波传播方向上各质点的振动周期与波源的振动周期相同，选项B正确；
C．能产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小，选项C错误；
D．黑洞之所以不能被看到任何光射出，是因为黑洞巨大使光无法脱离其引力范围被地球观测到．根据相对论可知，物体的速度不可能超过光速．故D错误；
E．根据相对论可知，地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些，故E正确；
故选ABE.
8．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的薄膜干涉现象，A错误；
B．标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，B正确；
C．当观察者和波源间存在相对运动时不一定能观察到多普勒效应现象，如观测者绕波源做匀速圆周运动，C错误；
D．根据相对论的两个基本假设，在速度v高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢，D正确。
故选BD。
9．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关，故A正确；
B．用超声波被血流反射回来其频率发生变化的特点可测血流速度，这是利用多普勒效率，故B正确；
C．红光的波长大于黄光，根据可知，在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，故C错误；
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响，故D正确；
E．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故E错误。
故选ABD。
10．AD
【解析】经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动，狭义相对论是普遍适用的，故A、D项正确．
11．ADE
【解析】
【详解】
A．在同一均匀介质中，经过一个周期的时间，波传播的距离为一个波长，故A正确；
B．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，故B错误；
C．γ射线穿透力强，波长短，衍射现象不明显，故C错误；
D．钞票上某些位置的荧光物质在紫外线照射下发光，故验钞机是利用紫外线的荧光效应，故D正确；
E．做简谐运动的物体每次通过同一位置时，到平衡位置的距离相等，故回复力不变，那么加速度相同；但是，前后两次经过同一位置时，根据振动方向可知：速度大小相同，方向相反，故E正确。
故选ADE。
12．ABD
【解析】
因为声波的波长可以与通常的障碍物尺寸相比，根据明显衍射的条件可知，声波比较容易产生衍射现象，故A正确；测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是利用多普勒效应原理，故B正确；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薄膜干涉现象，故C错误；麦克斯韦关于电磁场的两个基本观点是：变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场，故D正确；根据狭义相对论中光速不变原理，可知，在所有惯性参照系中光速是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动无关，故E错误．故选ABD.
13．BD
【解析】
试题分析：由光速不变原理可知，该光相对飞船的速度等于c，选项B正确，A错误；根据多普勒效应，因飞船远离地球，则地球上接受到该光的频率小于，选项C错误，D正确.故选BD.
考点：相对论原理；多普勒效应
14．10 m　10 m　9.43 m
【解析】
飞行物相对于飞行物上的人是静止的，所以不管飞行物的速度是多少，飞行物上的人测得的飞行物长与静止时相同，为L0＝10 m．如果飞行物的速度为v1＝3×103 m/s.
地面观察者测得的飞行物长L1为≈10 m如果飞行物的速度为v2＝c/3，地面观察者测得的火箭长L2为
≈9.43 m.
点睛：记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握长度的相对性，同时要注意运动的相对性．
15．0.99995c
【解析】设当粒子的速率为v时才有
由相对论质量公式根据
解得：