济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：相对论与天体物理 单元测试（含解析）

相对论与天体物理
1．下列说法中正确的是________。
A．电磁波是纵波
B．单摆的摆长越长，摆动周期越小
C．照相机的镜头涂有一层增透膜， 利用的是光的衍射原理
D．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
2．如图所示，假设一根10cm长的梭镖以接近光速穿过一根10cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)
A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖
B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来
C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖
D．如果梭镖和管子都以光速c相向运动，则二者的相对速度是2c
3．关于恒星的描述，下列说法中正确的是（　　）
A．质量越大的恒星，寿命越短
B．质量越大的恒星，寿命越长
C．表面温度比太阳高的恒星呈现出比太阳稍红的颜色
D．表面温度比太阳低的恒星呈现出比太阳稍蓝的颜色
4．一枚静止时长30m的火箭以1.5×108m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108m/s，观察者测得火箭的长度约为（　　）
A．30m B．15m C．34m D．26m
5．下列说法正确的是
A．传感器是把非电信息转换成电信息的器件或装置
B．真空中的光速在不同惯性系中测得的数值是不相同的
C．紫外线常用于医院和食品消毒，是因为它具有显著的热效应
D．波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率
6．下列说法正确的有（　　）
A．单摆的周期与振幅无关，仅与当地的重力加速度有关
B．相对论认为时间和空间与物质的运动状态无关
C．在干涉现象中，振动加强点的位移一定比减弱点的位移大
D．声源与观察者相互靠近，观察者接收的频率大于声源的频率
7．首先发现电磁感应现象的物理学家是（　　）
A．库仑 B．法拉第 C．奥斯特 D．爱因斯坦
8．下列说法中正确的是
A．医学上检查人体内部器官的“CT”，使用的是γ射线
B．雨后公路积水表面漂浮的油膜阳光下呈现彩色，这是光的折射现象
C．利用多普勒效应原理，可以测量运动物体的速度
D．考虑相对论效应，静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆长
9．关于电磁波和相对论，下列说法正确的是（　　）
A．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均平行
B．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中不同
D．狭义相对论中的假设在不同惯性参考系中均成立
10．下列关于相对论的说法错误的是（　　）
A．相对论与量子力学否定了经典力学理论
B．真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的
C．狭义相对论只适用于惯性参考系
D．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
11．以下说法正确的是（ ）
A．开普勒提出日心说，并指出行星绕太阳转动其轨道为椭圆
B．卡文迪许测量出万有引力常量，并提出万有引力定律
C．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力
D．洲际导弹的速度有时可达到6000m/s，此速度在相对论中属于高速，导弹的质量会明显增大
12．普朗克的量子力学相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为（　　）
A．否定了经典力学的绝对时空观
B．揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性
C．打破了经典力学体系的局限性
D．使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界
13．旅行者1号(英语:Voyager1)是一艘无人外太阳系空间探测器。于1977年9月5日发射。它是第一个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器。2012年8月25日，“旅行者1号”成为第一个穿越太阳圈并进入星际介质的宇宙飞船。截至现在，旅行者1号正处于离太阳211亿公里的距离，仍有足够的能源支持星际飞行，并且可以和地球保持联络。若旅行者1号正以速度u高速飞离地球的同时发出频率为ν的电磁波向地球传递信号，则________
A．该电磁波相对地球的速度为c+u
B．该电磁波相对地球的速度为c
C．地球上接收到的旅行者1号所发射的电磁波的频率小于ν
D．地球上接收到的旅行者1号所发射的电磁波的频率等于ν
E.该电磁波传播到地球大气层时，能绕过空气分子和微小尘埃继续传播
14．关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( )
A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的
15．如图所示,从点光源S发出的一束复色光,以一定的角度入射到玻璃三棱镜的表面,经过三棱镜的两次折射后分为a、b两束光．下面的说法中正确的是_______．
A．在三棱镜中a光的传播速率大于b光的传播速率
B．a光频率大于b光频率
C．若改变复色光的入射角,可在入射面发生全反射
D．a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa<Δxb
E.真空中的a、b两束光的光速相对于不同的惯性参考系是相同的
16．宇宙飞船相对于地面以速度v=0.1c匀速直线运动，c为光速。某时刻飞船头部的飞行员向尾部平面镜垂直发出一个光信号，反射后又被头部接收器收到，飞船仪器记录了光从发射到接受经历时间为t0，则地面观察者观测光被平面镜反射前后的速度______（相等、不等），地面观察者观测光从发射到接受过程经历时间t______t0（大于、等于、小于）
参考答案
1．D
【解析】
A．电磁波是横波，A项错误；
B．根据得出摆长越长，摆动周期越大，B项错误；
C．增透膜利用的是光的干涉原理，C项错误；
D．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项正确。
故选D。
2．A
【解析】
ABC．根据狭义相对论的尺缩效应，如果梭镖相对于观察者运动，那么梭镖收缩变短，而管子长度不变，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，选项A正确，BC错误；
D．由光速不变原理，可知物体的速度不会超过光速，故D错误。
故选A。
3．A
【解析】
AB．恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故A正确，B错误；
CD．恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝。恒星表面颜色主要有四种，分别是红、黄、白、蓝。太阳的表面颜色是黄色，属于温度中等偏低的恒星，故CD错误。
故选A。
4．D
【解析】
根据狭义相对论得火箭上的人测得火箭的长度为30m，根据长度的相对性
代入解得观察者测得火箭的长度
故ABC错误，D正确。
故选D。
5．A
【解析】
A.传感器是把被测非电信息转换为电信息的装置，故选项A正确；
B.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，故选项B错误；
C.紫外线常用于医院和食品消毒，但它不具有显著的热效应，反而红外线才是显著的热效应，故选项错误；
D.根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，观察者接收到的频率大于波源的频率，故选项D错误。
6．D
【解析】
A．根据可知，单摆的周期与振幅无关，与当地的重力加速度以及摆长有关，选项A错误；
B．相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，长度缩短，时间变长，故B错误；
C．振动加强质点的振幅最大，位移不总是最大，在随着时间在变化，加强点可能处于波峰，也可能波谷，也可能在平衡位置；例如在某一时刻，振动加强质点处于平衡位置时，其位移等于零，此时可能小于振动减弱点的位移，故C错误；
D．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D正确。
故选D。
7．B
【解析】
A．库仑发现库仑定律，故A错误；
B．首先发现电磁感应现象的物理学家是法拉第，故B正确；
C．奥斯特发现了通电导体周围存在磁场，是第一个发现电流磁效应的科学家，故C错误；
D．爱因斯坦在质能方程和量子力学方面有着重大贡献，故D错误。
故选B。
8．C
【解析】
A．医学上检查人体内部器官的“CT”，使用的是x射线，选项A错误；
B．雨后公路积水表面漂浮的油膜阳光下呈现彩色，这是光的干涉现象，选项B错误；
C．利用多普勒效应原理，可以测量运动物体的速度，选项C正确；
D．考虑相对论尺缩效应，静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆短，选项D错误。
故选C。
9．D
【解析】
A．电磁波是横波，电磁波在真空中传播时，它的电场与磁场方向相互垂直，且其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均垂直，故A错误；
B．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，故B错误；
C．根据光速不变原理，真空中的光速在不同惯性参考系中是相同的，故C错误；
D．狭义相对性的基本假设是：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故D正确。
故选D。
10．A
【解析】
A．经典力学研究的是宏观、低速、弱引力范围，相对论和量子力学分别研究的是高速和微观领域，只是研究的范围不同，并没有否定经典力学理论，故A错误，符合题意；
B．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，故B正确，不符合题意；
C．根据狭义相对论的基本假设可知，狭义相对论只适用于惯性参考系，对应非惯性系不适用，故C正确，不符合题意；
D．根据质速公式
m0是静止时的质量， m是物体以速度v运动时的质量，v等于零时，质量最小，故D正确，不符合题意。
故选A。
11．C
【解析】
A．日心说是尼古拉·哥白尼提出的，开普勒是根据实验数据总结出行星三大运动定律，故选项A错误；
B．卡文迪许测量出了万有引力常量，但提出万有引力定律的是牛顿，选项B错误；
C．牛顿万有引力定律的提出，经历了：提出猜想?理论推导?实验验证等阶段，其中实验验证，牛顿就证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力，故选项C正确；
D．在爱因斯坦的狭义相对论中，只有能跟光速相比拟的速度才能称为高速，真空中的光速为，而导弹的速度远小于光速，所以没有明显的相对论效应，选项D错误；
故选C。
12．D
【解析】
A．普朗克的量子力学相对论的提出并没有否定经典力学的绝对时空观，选项A错误；
B．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是爱因斯坦狭义相对论的几个重要的效应，揭示了时间、空间并非绝对不变的属性，选项B错误；
C．爱因斯坦相对论解释了经典牛顿力学不能解释的高速、微观范围，但狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，它打破了经典力学体系的局限性，选项C错误；
D．普拉克提出的量子理论使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界，选项D正确。
故选D。
13．BCE
【解析】
AB．根据光速不变原理可知，该电磁波相对地球的速度为光速即为c，故A错误，B正确；
CD．根据多普勒效应可知，当旅行者1号远离观察者时，观察者接收到的旅行者1号所发射的电磁波的频率小于ν，故C正确，D错误；
E．该电磁波用于通信，说明此电磁波的波长较长，则该电磁波传播到地球大气层时，能绕过空气分子和微小尘埃继续传播，故E正确。
故选BCE。
14．AC
【解析】
狭义相对论的两个假设分别是狭义相对性原理和光速不变原理，选项A、C正确．
思路分析：狭义相对论的两个假设分别是狭义相对性原理和光速不变原理，
试题点评：本题考查了狭义相对论的两个假设
15．BDE
【解析】
A、经过三棱镜，b光的偏折角小于a光的偏折角，所以可以得b光的折射率小于a光的折射率，由公式得知，在三棱镜中a光传播速率小于b光的传播速率，故A错误；
B、由于a光的折射率大于对b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，故B正确；
C、当光线由光疏介质射到光密介质时，因为光线靠近法线而折射，这时不会发生全反射，所以改变复色光的入射角，都不可能在入射面发生全反射，故C错误；
D、由于a光的频率大于b光的频率，所以a光的波长小于b光，根据公式，a、b两束光分别通过同一双缝干涉时a光条纹间距小于b光条纹间距，故D正确；
E、根据光速不变原理，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，故E正确；
故选BDE．
16．相等 大于
【解析】
[1]根据光速不变原理，地面观察者观测光被平面镜反射前后的速度不变，即平面镜反射前后的速度相等；
[2]飞船仪器记录了光从发射到接受经历时间为；在根据相对论时空观，地面观察者观测光从发射到接受过程经历时间 满足

即