东营市胜利第三十九中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：相对论与天体物理 综合测试（含解析）

相对论与天体物理
1．下列说法正确的是（ ）
A．单缝衍射实验中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越明显
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．机械波传播过程中，某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离
D．地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变快了
2．下列对光学现象的认识正确的是（　　）
A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象
B．狭义相对论说，在任意惯性参考系里，一切力学规律都是相同的
C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高
3．下列关于牛顿经典力学和爱因斯坦相对论中说法正确的是（　　）
A．不论宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都适用
B．爱因斯坦相对论无论是宏观低速还是微观高速运动的物体都适用
C．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论是不一致的
D．随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
4．以下说法正确的是（）
A．光的偏振现象说明光是一种横波
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的折射现象
C．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关
D．光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率
5．以下哪些属于狭义相对论的基本假设（　　）
A．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
B．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是不相同的
D．物体的能量E和其质量m满足E=mc2
6．如图所示，惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速的匀速飞行器上测得该正方形的图像是（ ）
A． B．
C． D．
7．下列说法中正确的是（　　）
A．把调准的摆钟，由北京移至赤道，这个钟将变慢，若要重新调准，应增加摆长
B．振动的频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越长
C．1905 年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的
D．照相机的镜头涂有一层增透膜， 其厚度应为入射光在真空中波长的
8．某物体在静止时的质量为，在速度为v的高速（接近光速）情况下质量为m，则由狭义相对论可知物体速度v为（ ）
A． B．
C． D．
9．下列说法正确的是（　　）
A．人耳听到的声波比超声波更容易发生明显衍射现象
B．在双缝干涉实验中，光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽
C．梳头发时梳子带了电荷，来回抖动梳子时会向外发射电磁波
D．狭义相对论认为，在惯性系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
E.火车鸣笛向我们驶来，我们听到的声音频率比声源振动的频率低
10．以下说法中正确的有（ ）
A．单摆在驱动力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
B．光的偏振现象说明光是一种横波
C．单反相机的增透膜利用了光的偏振现象
D．狭义相对论认为光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同
11．下列说法中正确的有
A．一切波都能发生衍射现象
B．雷达是利用声波的反射来测定物体的位置
C．X射线的波长比紫外线和γ射线更短
D．根据狭义相对论，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度短
12．我们想像这样一幅图景：一列火车以接近光速从观察者身边飞驰而过，火车里的观察者看到沿铁路电线杆距离_______（填“变大”、“变小”、“不变”），而地面上的观察者看到火车车窗的高度_______（填“变大”、“变小”、“不变”） ．
13．相对论论认为时间和空间与物质的速度有关；在高速前进中的列车的中点处，某乘客突然按下手电筒，使其发出一道闪光，该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等，都为c，站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度_______（填相等、不等）．并且，车上的乘客认为，电筒的闪光同时到达列车的前、后壁，地面上的观察者认为电筒的闪光先到达列车的______（填前、后）壁．
14．一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s.问电子的质量是增大了还是减小了？改变了百分之几？
15．如果真空中的光速为c＝3.0×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108m/s时，质量为多少？
16．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．B
【解析】
A．单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越不明显，故A错误；
B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，故B正确；
C．波在一个周期内向前传播的距离等于波长，并质点不会随波迁移，故C错误；
D．根据狭义相对论的钟慢效应可知，在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中时钟会变慢，故D错误；
故选B。
2．D
【解析】
A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，故A错误；
B．根据狭义相对论的两个基本假设可知，在不同惯性参考系里，一切物理规律都是相同的，故B错误；
C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，故C错误；
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，故D正确。
故选D。
3．B
【解析】
AB．经典力学只适用宏观世界，低速运动。相对论在任何情况都适用，故A错误，B正确；
C．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论是一致的，故C错误；
D．经典力学有其自身的局限性和适用范围，但对于低速宏观物体的运动，经典力学仍然适用，并仍将在它适用范围内大放异彩，故D错误。
故选B。
4．A
【解析】
A．光的偏振现象说明光是一种横波，选项A正确；
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的干涉现象，选项B错误；
C．相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，选项C错误；
D．光导纤维中内层的折射率大于外层的折射率，选项D错误；
故选A．
【考点】
光的偏振；光的干涉；相对论；光导纤维
5．B
【解析】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：相对性原理和光速不变原理，相对论原理即为即在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，光速不变原理即为光在真空中总是以确定的速度c传播，速度的大小同光源的运动状态无关，其他内容均建立在这两点的基础之上，故B正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【解析】
正方形从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上运动，根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，而沿y轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方形．
A．其形状与结论不相符，选项A错误；
B．其形状与结论不相符，选项B错误；
C．其形状与结论相符，选项C正确；
D．其形状与结论不相符，选项D错误；
7．C
【解析】
A．调准的摆钟，由北京移至赤道，由于重力加速度变小，根据单摆的周期公式可知这个钟的周期增大，钟将变慢，若要重新调准，应减小摆长，故A错误；
B．波传播一个波长的距离所用的时间为一个周期，振动的频率越高，周期越短，所用时间越短，故B错误；
C．1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的，故C正确；
D．当增透膜的厚度为入射光在增透膜中波长的时，从增透膜前后表面的反射光相互抵消，从而减少了反射，增加了透射，故D错误；
故选C。
8．B
【解析】
根据
可得
故选B。
9．ACD
【解析】
A．超声波比人耳听到的声波波长短，而波长越长越容易发生光的衍射，所以人耳听到的声波比超声波更容易发生明显衍射现象，A正确；
B．根据双缝干涉实验中相邻亮（暗）条纹的间距公式
可知，光的频率越高，波长越短，光屏上出现的条纹越窄，所以B错误；
C．梳头发时梳子带了电荷，来回抖动梳子时会产生变化的电磁场，即可向外发射电磁波；所以C正确；
D．狭义相对论认为，在惯性系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，所以D正确；
E．火车鸣笛向我们驶来，即波源与观察者相互靠近，我们听到的声音频率比声源振动的频率高，所以E错误。
故选ACD。
10．AB
【解析】
A．单摆在驱动力作用下做受迫振动，其振动周期由驱动力的频率决定，与单摆的摆长无关，故A符合题意；
B．光的偏振现象说明光是一种横波，故B符合题意；
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，由前后两表面的反射光线，频率相同，进行相互叠加，故C不符合题意；
D．狭义相对论认为光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值相同，故D不符合题意。
故选AB。
11．AD
【解析】
A．衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象，选项A正确；
B．雷达所用的微波属于电磁波，不是声波，故B错误；
C．电磁波按照波长从大到小的顺序依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，故C错误；
D．根据狭义相对论，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度短，选项D正确。
故选AD。
12．变小 不变
【解析】
本题关键是知道狭义相对论的一个重要效应--尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．
【详解】
[1][2]．假设一列火车以接近光速从我们身边飞驰而过，根据相对论尺缩效应可知：车厢长度变短，而车厢高度不变．
13．相等 后
【解析】
车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁．地面上人以地面是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些．
14．增大了，0.02%
【解析】
试题分析：应用相对论有关相对论质量公进行分析求解．
根据爱因斯坦的狭义相对论得，运动后的质量增大了，且，所以改变的百分比为×100%＝0.02%．
点睛：本题主要考查了相对论中同时的相对性和时空相对性的含义，理解由相对论得出的相对论质量表达式的含义．
15．2.25 kg
【解析】
根据狭义相对论， ，
由题意知，
所以
所以m2＝m1＝2.25kg.
【点睛】
此题关键是掌握爱因斯坦的相对论原理，物体质量及速度关系遵循的规律是： ，其中m是运动质量，m0是指静止质量．
16．倍，1.6666667倍
【解析】
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。