宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：相对论与天体物理 单元测评（含解析）

相对论与天体物理
1．经典力学的适用范围是（　 　）
A．高速、微观运动的物体
B．高速、宏观运动的物体
C．低速、宏观运动的物体
D．低速、微观运动的物体
2．有一把长为的尺子竖直放置，现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行，运行过程中尺子始终保持竖直，那么我们此时再测量该尺子的长度将（ ）
A．大于 B．小于 C．等于 D．无法测量
3．在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，以下对几位物理学家所做科学贡献的叙述正确的是（ ）
A．牛顿运用理想实验法得出“力不是维持物体运动的原因”
B．安培总结出了真空中两个静止点电荷之间的作用规律
C．爱因斯坦创立相对论，提出了一种崭新的时空观
D．法拉第在对理论和实验资料进行严格分析后，总结出了法拉第电磁感应定律
4．用相对论的观点判断，下列说法错误的是(　　)
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D．当物体运动的速度v?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
5．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是(　　)
A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢
B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢
C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快
D．因为是两只对准的标准钟，所以两钟走时快慢相同
6．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　)
A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c
7．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是(　　)．
A．这个人是一个矮胖子
B．这个人是一个瘦高个子
C．这个人矮但不胖
D．这个人瘦但不高
8．关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是（ ）
A．在经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的
B．在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关
C．在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对的不变的量值，而与参考系的选取无关
D．相对论的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间物体的运动无关
E.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
9．下列说法正确的是
A．做简谐振动的物体，速度和位移都相同的相邻时间间隔为一个周期
B．当障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多时才能发生衍射
C．波的周期与波源的振动周期相同，波速与波源的振动速度相同
D．电磁波在与电场和磁场均垂直的方向上传播
E.相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
10．下列说法正确的是
A．声波在空气中的传播速度比在水中的传播速度快
B．受迫振动中驱动力的频率不一定等于物体的固有频率
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片是为了增加透射光的强度
D．宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时，地球上的人认为飞船上的时钟变慢
E.机械波的波长越长，则该波越容易发生衍射现象
11．下列现象中能用牛顿的经典力学解释的是(　　)
A．高速公路上行驶的汽车
B．空气中下落的雨滴
C．原子核外电子绕核的转动
D．空气中漂浮的肥皂泡
12．下列说法正确的是_________
A．做简谐运动的物体，当速度为正时，位移一定为负，加速度一定为正
B．当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅最大
C．夜晩，高速公路上的路牌在车灯的照射下特別明亮是利用了光的干涉
D．电磁波的接收是利用了电谐振把有用信号选择出来
E.狭义相对论中假设在不同惯性参考系中，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的
13．甲、乙两架太空战机以相同的速度在一条直线上匀速飞行，甲向乙发出一条无线电指令，乙显示经过t0时间接受到指令，已知光速为c，则在甲、乙看来，该无线电指令传播的速度_______c(选填>、=、<)； 地面指挥中心认为从甲发出指令到乙接受到指令的时间间隔是t，t___t0(选填>、=、<)
14．根据气体吸收谱线的红移现象推算，有一类星体远离我们的速度高达到光速c的80%，则在该类星体上测得它发出光的速度是_____，我们观测到它的体积比它实际体积_____（填“大”或“小”），该类星体上的π介子平均寿命比在地球上_____（填“长”或“短”）．
15．有不同相对速度的情况下,时钟的频率是不同的,它们之间的关系如图所示．由此可知,当时钟和观察者的相对速度达到0.6c(c为真空中的光速)时,时钟的周期大约为________．在日常生活中,我们无法察觉时钟周期性变化的现象,是因为观察者相对于时钟的运动速度__________________．若在高速运行的飞船上有一只表,从地面上观察,飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变________________(选填“快”或“慢”)了．

16．假如有一对孪生兄弟和，其中乘坐速度为的火箭飞往大角星（牧夫座），而后又飞回地球。根据在地球上的观测，大角星离地球有36光年远，这次往返飞行经历时间为80年。如果离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当回到地球时，他们的年龄各有多大？
参考答案
1．C
【解析】
经典力学的适用条件为，宏观世界，低速运动，而在微观，高速情况下不再适用；因为高速运动的物体时间、空间、质量会发生变化，故选C．
【点睛】
了解经典力学(牛顿、牛顿的三大运动定律)和相对论(爱因斯坦、狭义相对论和广义相对论)的观点以及适用范围．
2．C
【解析】
相对论中所谓的“运动的尺子变短”现象是发生在尺子运动方向上的，现在尺子在竖直方向没发生高速运动，由此可知它的长度将不变；
故选C。
3．C
【解析】
A、伽利略运用理想实验法得出“力不是维持物体运动的原因”,故A错误;?
B、库仑总结出了真空中两个静止点电荷之间的作用规律,故B错误;?
C、爱因斯坦创立相对论,提出了一种崭新的时空观,所以C选项是正确的;?
D、法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系;是韦德与库柏在对理论和实验资料进行严格分析后,总结出了法拉第电磁感应定律,故D错误;?
综上所述本题答案是：C
4．A
【解析】
A．由相对论的观点，时间和空间都是相对的，故A错误，符合题意；
B．根据时间间隔的相对性：可知，时间延缓效应，因此地面上的人看飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的，故B正确，不符合题意；
C．根据长度的相对性：，可知，在运动方向上长度缩短，所以在地面上的人看来，以10?km/s?的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的航天员却感到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些，故C正确，不符合题意；
D．当低速宏观物体时，v＜＜c时，△t≈△t′，l≈l0，可知“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D正确，不符合题意；
故选A。
5．C
【解析】
根据爱因斯坦的狭义相对论，得到运动延迟的效应；故地面上的人看到飞船上的鈡变慢了，飞船上的人以自己为参考系，认为地球在高速运动，故看到地球上的钟变慢了，C正确．
6．D
【解析】
根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变．所以壮壮观测到该光束的传播速度为c，所以ABC错误，D正确．
7．D
【解析】
由l＝l0可知路旁的人观察列车里的人，在运动方向上变短，好像人变瘦了．但垂直运动方向的长度，即身高不变，故D选项正确．
8．ACE
【解析】
A.在经典力学的时空观中，同时是绝对的，选项A对；
B.在相对论的时空观中，时间间隔是相对的，选项B错误；
C.在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，选项C对；
D.相对论的时空观是一个相对的时空观，选项D错误．
E.真空中的光速在不同惯性参考系中都相同，E正确．
9．ADE
【解析】
A．做简谐振动的物体，两相邻的位移和速度始终完全相同的两状态间的时间间隔为一个周期，故A正确；
B．当障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多时才能发生明显衍射，故B错误；
C．波的周期与波源的振动周期相同，波速是波在介质中的传播速度，在均匀介质中波速是不变的，而波源的振动速度是波源做简谐运动的速度，是时刻变化的，故C错误；
D．电磁波在与电场和磁场均垂直的方向上传播，电磁波是横波，故D正确；
E．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，故E正确。
故选ADE。
10．BDE
【解析】
【详解】
A．声波属于机械波，其在水中的传播速度比在空气中的传播速度快，故A错误；
B．在受迫振动中，物体振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率不一定相等，故B正确；
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，由于玻璃表面反射光的干扰，影像会不清楚，如果在镜头前加装一个偏振片就可以减弱反射光的强度，故C错误；
D．字航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时，根据时间的相对性可知，地球上的人观察到飞船上的时间间隔变长，时钟变慢，故D正确；
E．障碍物、孔的尺寸越小或者机械波波长越长，越容易发生衍射现象，故E正确。
故选BDE。
11．ABD
【解析】
经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．高速公路上行驶的汽车、空气中下落的雨滴、空气中漂浮的肥皂泡都属于宏观、低速范畴，经典力学适用，A、B、D对．原子核外电子绕核的转动属于微观现象，经典力学不适用，C错．选ABD.
12．BDE
【解析】
A.做简谐运动的物体，当速度为正时，位移可能为正，也可能为负，加速度可能为正，也可能为负，故A错误；
B.当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅最大，出现共振现象，故B正确；
C.夜晩，高速公路上的路牌在车灯的照射下特別明亮是全反射现象，故C错误；
D.电磁波的接收是利用了电谐振把有用信号选择出来，故D正确；
E.狭义相对论中假设在不同惯性参考系中，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的，故E正确；
故选BDE。
13．= <
【解析】
[1]根据光速不变原理，两战机飞行的速度是相等的，则光相对于它们的速度都是c，
[2]根据相对论的尺缩效应可知，地面指挥中心观测到此刻甲、乙之间的距离小于甲乙之间实际的距离，即：
l＜l0
所以
14．C 小 长
【解析】
根据爱因斯坦相对论的原理可知，在该类星体上测得它发出光的速度等于c，根据相对认效应可知，我们观测到它的尺寸比它实际尺寸小，则观测到它的体积比它实际体积也小，该类星体上的π介子平均寿命比在地球上长．
15．2.5s 远小于光速c 慢
【解析】
根据题图中数据可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c时，对应时钟的频率为0.4 Hz，则周期为2.5 s．日常生活中，我们无法察觉时钟周期性变化现象是因为运动速度远小于光速c．在高速运行状态下，时钟变慢．
16．B为54.9岁；A为100岁
【解析】
设B在飞船惯性系中经历的时间为Ar，根据钟慢效应得：
即
解得年；所以B回到地球时的年龄为
此时A的年龄为