山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：相对论与天体物理 单元测试题（含解析）

相对论与天体物理
1．下列说法正确的是________．
A．机械波和电磁波都能在真空中传播
B．光的干涉和衍射说明光是横波
C．铁路、民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测
D．狭义相对论指出，物理规律对所有惯性参考系都一样
2．如图所示,地面上A、B两处的中点处有一点光源S，甲观察者站在光源旁,乙观察者乘坐速度为v（接近光速）的光火箭沿AB方向飞行.两观察者身边各有一只事先在地面校准了的相同的时钟.下列对相关现象的描述中，正确的是（ ）
A．甲测得的AB间的距离大于乙测得的AB间的距离
B．甲认为飞船中的钟变慢了，乙认为甲身边的钟变快了
C．甲测得光速为c，乙测得的光速为c-v
D．当光源S发生一次闪光后，甲认为A、B两处同时接收到闪光，乙则认为A先接收到闪光
3．下列说法正确的是（ ）
A．以牛顿运动定律为基础的经典力学因其局限性而没有存在的价值
B．物理学的发展，使人们认识到经典力学有它的适用范围
C．相对论和量子力学的出现，是对经典力学的全盘否定
D．经典力学对处理高速运动的宏观物体具有相当高的实用价值
4．经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬.20世纪以来，人们发现了一些新的事实，用经典力学无法解释．下列说法正确的是(　　)
A．由于经典力学有局限性，所以它是错误的
B．当物体的速度接近光速时，经典力学仍成立
C．狭义相对论能描述微观粒子运动的规律
D．量子力学能描述微观粒子运动的规律
5．在物理学发展过程中，许多科学家作出了卓越的贡献，下列说法与事实相符合的是（ ）
A．爱因斯坦提出了相对论
B．第谷通过对前人积累的观测资料的仔细分析研究，总结出行星运动规律
C．牛顿建立了万有引力定律，并利用扭秤装置测定了万有引力常量
D．伽利略通过多年的潜心研究，提出了“日心说”的观点
6．下列说法正确的是(　　)
A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B．水面波是一种机械波
C．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇时，波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2
D．一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率不变
E.相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
7．在狭义相对论中，下列说法不正确的是（ ）
A．所有惯性系中基本规律都是等价的
B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关
C．在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度相同
D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态的改变而改变
8．下列说法正确的是________．
A．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则相邻干涉条纹间距变宽
B．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物
C．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
D．地面上测得静止的直杆长为L，则在高速飞行火箭中的人测得手中的杆长应小于L
9．下列说法正确的是________．
A．受迫振动的频率总等于驱动力的频率
B．一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象
C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的频率不变
D．红外线是一种光波
E.狭义相对论认为,物体的质量随着物体速度的增大而减小
10．下列说法正确的是______________
A．只有机械波能产生多普勒效应，电磁波不会产生多普勒效应
B．由爱因斯坦的相对论得出运动的时钟会变慢
C．电磁波能发生偏振现象，说明电磁波是横波
D．红光和绿光通过同一干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距大
E.用单摆测重力加速度实验时，为了减小实验误差，应从单摆摆到最低点时开始计时
11．在狭义相对论中，下列说法正确的有（ ）
A．在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的
B．质量、长度的测量结果与物体相对观察者的相对运动状态无关
C．物体的质量永远不变
D．物体的能量与质量成正比
E.真空中光速在不同的惯性系中都是相同的
12．下列说法正确的是（　　）
A．从地面上观察，飞船上的时间进程比地面上慢
B．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生衍射
C．用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，这是利用多普勒效应
D．做受迫振动的物体，其稳定时的振动频率不一定等于驱动力的频率
E.用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象
13．以下说法正确的是（ ）
A．无论是什么波，只要振幅足够大，就可以产生明显的衍射现象
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率都会发生变化
D．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后距离变小了，而车厢的高度没有变化
E.全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的相干性
14．如图所示，一列火车以速度v相对地面运动．地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁．若此光源安放在地面上，则火车上的人的测量结果是闪光先到达________(选填“前”或“后”)壁；若此光源安放在火车上；则火车上的人的测量结果是闪光先到达________(选填“前”或“后”)壁．
15．如图所示，宇航飞行器以接近光速的速度经过地球．宇航舱内点光源S与前壁M和后壁N距离都是L．某时刻光源S发出一个闪光，宇航舱内仪器观测到M、N同时接收到光信号，则地面观测站观测到闪光_____（选填“是”或“不是”）同时到达M、N；地面观测站观测到宇航舱前后壁间距离_____（选填“＞”“＝”或“＜”）2L．
16．下列说法中正确的是 _____
A．雷达是利用声波的反射来测定物体的位置的
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C．考虑相对论效应，一条沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度短
D．调谐是电磁波发射应该经历的过程，调制是电磁波接收应该经历的过程
参考答案
1．D
【解析】
A.电磁波可以在真空中传播，而机械波只能在介质中传播，故A错误．
B. 光的干涉和衍射说明光是一种波动，而光的偏振说明光是横波，故B错误．
C.安检用的穿透力较强的射线，红外线不能用于内部物品的检测，故C错误．
D.根据狭义相对论的原理可知，在不同的惯性参考中，一切物理规律都是相同的，故D正确．
2．A
【解析】
利用相对论的重要结论，如时间变慢、长度收缩假说、质速关系式和质能关系式分析现象.
【详解】
A．由爱因斯坦的长度收缩原理，可知运动的速度v越大，测出的距离越短，则乙测得的AB间的距离小于甲测得的AB间的距离；故A正确.
B．由时间变慢假说，可知运动的速度v越大，时间变慢，即乙测得的时间变长；故B错误.
C．根据爱因斯坦的光速不变原理，可知甲乙在两种不同的参考系里测出的光速都为c；故C错误.
D．甲乙在两种不同的参考系里测出的光速都为c,距离恒定，则AB两处都是同时接收到闪光；故D错误.
故选A.
【点睛】
本题考查了爱因斯坦的相对论知识，明确不同参考系中光速不变，在接近光速的参考系中时间变慢，长度变短，质量变大.
3．B
【解析】
牛顿运动定律能够解决宏观物体的低速运动问题，在生产、生活及科技方面起着重要作用；解决问题时虽然有一定误差，但误差极其微小，可以忽略不计；故经典力学仍可在一定范围内适用．虽然相对论和量子力学更加深入科学地认识自然规律，它是科学的进步，但并不表示对经典力学的否定，故选项B正确．A、C错误；经典力学不能用于处理高速运行的物体；故D错误．
故选B
4．D
【解析】
相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形．故A错误．当物体的速度接近光速时，经典力学不成立，故B错误．量子力学能够描述微观粒子运动的规律．故C错误，D正确．故选D．
点睛：该题考查经典力学的使用范围，记住：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体．
5．A
【解析】
A、爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，故A正确．B、开普勒发现了行星运动的规律，故B错误．C、卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，故C错误；D、波兰天文学家哥白尼，经过长期天文观察，利用工作余暇写成以“日心说”为主要论点的《天体运行论》一书，故D错误；故选A．
【点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
6．ABE
【解析】
在同一地点，重力加速度g为定值，根据单摆周期公式T＝2π可知，周期的平方与摆长成正比，A正确；水面波是有机械振动的，在介质（水）中传播的一种波，是一种机械波，B正确；波峰与波峰相遇处质点的振动加强，其振幅为两者振幅的和，但质点依然在平衡位置附近做往复运动，因此位移不断变化，C错误；在同种介质中，超声波的传播速度保持不变，根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源发出的频率，频率会变高，D错误；相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，E正确．
7．ABC
【解析】
A、狭义相对论的基本假设之一是相对性原理，即在所有惯性系中基本规律都是等价的，故A正确；
BC、狭义相对论的基本第二条基本假设是光速不变原理，即在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关，在不同的惯性系中，光速是相同的，故BC正确；
D、质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态而改变，即运动质量增加、尺缩效应、运动延迟效应，故D错误；
故选ABC．
8．AB
【解析】
【分析】
根据相对论原理，沿着飞行方向上，长度缩短，根据条纹宽度的公式，分析改变入射光可得相邻干涉条纹间距的变化；
【详解】
A． 在双缝干涉实验中，根据条纹宽度的公式可知，若仅将入射光由绿光改为红光，波长变长，则相邻干涉条纹间距变宽，故A正确；
B．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，利用了激光的频率单一性的特点，故B正确；
C．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的干涉原理，故C错误；
D．根据相对论原理，地面上测得静止的直杆长为L，在沿杆方向高速飞行火箭中的人相对于杆是静止的，所以测得长度不变，故D错误；
故选AB．
【点睛】
在双缝干涉实验中，波长变长，则相邻干涉条纹间距变宽；光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物；全息照片利用了激光的干涉原理；
9．ABD
【解析】
【分析】
简谐运动的受迫振动的频率总等于驱动力的策动频率；
干涉与衍射是波特有的现象；
根据多普勒效应可以解释接受频率的变化；
红外线是一种光波，且任何物质都发射红外线；
【详解】
A．简谐运动的受迫振动的频率总等于驱动力的策动频率，故A正确；
B．一切波都能发生干涉和衍射，干涉与衍射是波特有的现象，故B正确；
C．根据多普勒效应，波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的频率会发生变化，故C错误；
D．红外线是一种光波，生物体和非生物体都可以辐射红外线，因此红外遥感技术应用十分广泛，在军事、医疗、勘测，甚至日常生活中都有广泛的应用，故D正确；
E．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E错误．
故选ABD。
10．BCE
【解析】
【分析】
【详解】
机械波和电磁波都能产生多普勒效应，选项A错误；由爱因斯坦的相对论得出运动的时钟会变慢，选项B正确；电磁波能发生偏振现象，说明电磁波是横波，选项C正确；根据 ，因红光的波长大于绿光，则红光和绿光通过同一干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距小，选项D错误；用单摆测重力加速度实验时，为了减小实验误差，应从单摆摆到最低点时开始计时，选项E正确；
故选BCE.
11．ADE
【解析】
【详解】
A．狭义相对论的两个基本假设是：光速不变原理和相对性原理；即在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A正确；
B．根据狭义相对论，质量和长度会随着速度的改变而改变，故B错误；
C．根据狭义相对论的基本结论可知，质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对状态而改变，故C错误；
D．根据E=mc2知，爱因斯坦质能方程给出了物体的能量与它的质量成正比关系，故D正确；
E．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，故E正确。
故选ADE。
12．ABC
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据狭义相对论的时空观可知，由
从地面上观察，飞船上的时间进程比地面上慢，故A正确；
B．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时，声波比可见光容易发生衍射，因为声波的波长比可见光长，故B正确；
C．利用多普勒效应，当间距变化时，接收的频率与发出频率不相同，则可测量血流速度，故C正确；
D．受迫振动的物体，其稳定时的振动频率一定等于驱动力的频率，但不一定等于固有频率，故D错误；
E．检查光学面的平整程度是利用光的干涉现象，利用两平面所夹空气薄层的反射，获得频率相同的光波，从而进行相互叠加，故E错误。
故选ABC。
13．CDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．能否产生产生明显的衍射现象看障碍物与波长的尺寸关系，与振幅无关，当障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多时能产生明显的衍射现象；故A错误；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生磁场，但不一定能产生电磁波，只有周期性变化的电场周围才一定可以产生电磁波，故B错误；
C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，会产生多普勒效应，观察者接收到的波的频率都会增大或减小，故C正确；
D．火车以接近光速行驶时，根据相对论，沿着物体的运动方向，我们在地面上测得车厢前后距离变小了，而车厢的高度没有变化，故D正确；
E．全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的高相干性，故E正确；
故选CDE。
14．前 前
【解析】
【详解】
地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源的到火车的前面的距离小；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，点光源的到火车的前面的距离小，闪光先到达前壁。若此光源安放在火车上，光源和车相对静止，由于光源距前壁的距离近，所以车上的人的测量结果是闪光先到达前壁。
15．不是 ＜
【解析】
【详解】
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，故到达前壁的时刻晚些．由相对论原理可知，地面上人看到的车厢的长度比静止时要短．即观测到的宇航舱前后壁间距离小于2L．
16．C;
【解析】
【详解】
雷达是利用无线电波的反射来确定物体目标的仪器，A错误；根据公式，双缝干涉条纹宽度正比于波长，红光波长比绿光大，它干涉条纹宽，B错误；相对论效应是对不同参考系而言的，相对地面高速运动的杆在自身参考系内测量就是静止的原长，而地面观察者测量时发现其长度变短，C正确；发射电磁波需要将低频信号加到高频信号上，此过程称为调制，接受到电磁波时，选择所需要的频率信号，称为调谐，D错误．
【点睛】
考查雷达的工作原理，掌握干涉条纹间距公式，知道调谐与调制的区别，掌握高速飞行时沿着飞行方向的长度变短，及注意其不同参考系，结论会不同．