上海市金山中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-4：新时空观的确立 单元测试题（含解析）

新时空观的确立
1．你现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对你以0.3C的速度匀速飞过（C为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间
A．大于100分钟 B．等于100分钟 C．小于100分钟 D．不能确定
2．下列说法正确的是（ ）
A．声波在空气中传播时是一种横波
B．波形曲线表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围产生变化的磁场
D．由爱因斯坦的狭义相对论可知，真空中的光速对于任何惯性参考系都相同
3．根据相对论判断，下列说法正确的是（ ）
A．狭义相对论全面否定了经典力学理论
B．如果物体在地面上静止不动．任何人在任何参考系里测出的物体长度都是一样的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中也是不同的
D．物体运动时的质量总要大于静止时的质量
4．设想有一艘飞船以v＝0.8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c，从地面上的人看来，物体的速度为(　　)
A．1.7c B．0.1c
C．0.99c D．无法确定
5．关于经典物理学和相对论，下列说法正确的是（? ）
A．经典物理学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B．相对论完全否定了经典物理学
C．相对论和经典物理学是两种不同的学说，二者没有联系
D．经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用范围内仍然成立
6．在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为(? )
A．洞口为椭圆形，长度变短 B．洞口为圆形、长度不变
C．洞口为椭圆形、长度不变 D．洞口为圆形，长度变短
7．下列说法中正确的是（　　）
A．人耳能听到的声波比超声波更不易发生明显衍射
B．离开地球的高速火箭里的人认为地球上时钟变快
C．无论什么波，只要振幅足够大就可以产生明显的衍射现象
D．透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色的条纹，这是光的衍射现象
8．下列说法中正确的是（?? ）
A．振动的物体通过平衡位置时，其合外力一定为零
B．电磁波、超声波均可在真空中传播
C．可见光在同一玻璃砖中传播时，波长越长、波速越小
D．以0.75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为c
9．下列说法中正确的是（　 　）
A．红外线易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域
B．医院用X光进行透视，是因为它的穿透能力较强
C．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
D．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快
10．下列说法正确的是_________
A．医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理
B．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与波源相比增大
C．地面上的人观察在宇宙中高速飞行的飞船中的时钟变快
D．照相机镜头的偏振滤光片可使水下影像清晰
E.无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端是利用了干涉原理
11．设想一光子飞船以v=0.95C的速率相对于地球运动，若飞船上宇航员用测时器测他吸一支烟用去10 min，地球上的观测者测他吸一支烟用去________min.
12．万有引力定律由物理学家________提出，行星运动的三大定律由德国天文学家________提出．引力常量G的大小由英国物理学家________测得．狭义相对论由物理学家________提出．（选填“爱因斯坦”“卡文迪许”“开普勒”“牛顿”）
13．请同学们讨论一下狭义相对论为什么叫做假设而不叫做原理?
14．假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论．
15．21世纪，宇航员要在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，有一种设计中的空间站看起来像个大车轮，它绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这样就人为造出一个重力，若空间站半径是50 m，为了使边缘处的自由落体加速度与地球表面相同，空间站每分钟应转多少转？如果半径是100 m呢？
参考答案
1．A
【解析】
根据狭义相对论可知，飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间，可知飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间大于100分钟．选项A正确．故选A．
2．D
【解析】
A.声波属于纵波，故A错误；
B.波形曲线表示在同一时刻，介质中所有质点偏移平衡位置的位移矢量末端的连线，故B错误；
C.根据麦克斯韦理论，均匀变化的电场产生恒定的磁场，周期性的变化的电场产生周期性变化的磁场，故C错误；
D.光速不变原理，是爱因斯坦狭义相对论的基本原理，即光速对于任何惯性参考系都相同，故D正确。
故选D。
3．D
【解析】
经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围；故A错误；根据相对论尺缩效应可知，若物体在地面上静止不动，人在其他运动参考系里面测出的物体的长度可能会变短，故B错误．根据相对论原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，选项C错误；根据相对论m=知，物体的速度越大，其质量也越大，故D正确．故选D．
4．C
【解析】
若对于低速物体，地面上人看来物体相对于地面的速度应为0.8C+0.9C=1.7C，
由狭义相对论理论可以知道，洛伦兹变换下的相对速度：，将题中数值代入公式，可以得到所求解0.99c，
故选C.
【名师点睛】
根据洛伦兹变换下的相对速度公式进行分析，明确物体的速度．
5．D
【解析】
经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围；故BC错误；经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D正确．故选D．
【点睛】
经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于狭义相对论．
6．D
【解析】
【分析】
【详解】
根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．所以高速列车通过洞口为圆形的隧道时，列车上的司机对隧道口方向的观察结果仍然是圆形，但是观察隧道的长度变短，故选D.
【点睛】
狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩．可以通俗的理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了； 在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．
7．D
【解析】
【分析】
【详解】
因声波的波长比超声波长，则更容易发生衍射现象，故A错误；根据相对论原理可知，离开地球的高速火箭里的人认为地球上时钟变慢，故B错误；产生明显的衍射现象的条件 是波的波长小于障碍物的尺寸，与与障碍物的尺寸差不大，与波的振幅无关，故C错误；透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色的条纹，这是光的衍射现象，故D正确；故选D.
【点睛】
此题关键是知道波长越长，越容易发生衍射，声波的波长比超声波长；相对论中，长度缩短，时间变慢；产生明显的衍射现象的条件是波的波长小于障碍物的尺寸，与与障碍物的尺寸差不大；
8．D
【解析】
【详解】
A、回复力也不一定就是合外力，如在单摆中，单摆的回复力是重力沿轨迹切线方向的分力，并非是重力与绳子拉力的合力，故A错误．B、电磁波可在真空中传播，但超声波是机械波，不能在真空中传播，故B错误．C、不同波长的光波在同一介质中传播时，折射率n不同，波长越长，n越小，根据，波速越大，故C错误．D、根据光速不变原理可知，以0.75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为c，故D正确．故选D．
【点睛】
回复力可以是合外力，其不单纯是指某一个力．它是根据力的作用效果“总是要把物体拉回到平衡位置”命名的；回复力不是一种特殊性质的力．但回复力也不一定就是合外力．
9．ABC
【解析】
【详解】
A．红外线的波长较长，易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域，A正确；
B．医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，而射线最强，B正确；
C．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，C正确；
D．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上慢，故D错误。
故选ABC
10．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．超声波是一种机械波,具有一定的穿透能力,医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理,根据测量反射时间的不同,可以得到人体的器官状态，故A正确；
B．根据多普勒效应知,当两物体以很大的速度互相靠近时，感觉频率会增大，远离时感觉频率会减小，故B正确 ；
C．根据爱因斯坦相对论可以知道,时间间隔的相对性:
可以知道在宇宙中高速飞行的飞船中的时钟会变慢，故C错误；
D．因为水的反射光是偏振光，所以照相机镜头的偏振滤光片可减弱水面的反射光，使水下影像清晰，故D正确；
E．无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端是利用了衍射原理，故E错误；
故选ABD。
11．32
【解析】
【详解】
根据相对论原理可知，地球上的观测者测得他吸一支烟用去的时间：
12．牛顿 开普勒 卡文迪许 爱因斯坦
【解析】
【详解】
开普勒在第谷观测的基本上提出了行星的三大定律；牛顿发现了万有引力定律，但是卡文迪许测得了引力常量；爱因斯坦建立了狭义相对论；
【点睛】
本题比较简单考查了学生对物理学史的了解情况，在物理学发展的历史上有很多科学家做出了重要贡献，大家熟悉的牛顿、爱因斯坦、卡文迪许等，在学习过程中要了解、知道这些著名科学家的重要贡献，是解答类似问题的关键．
13．在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理
【解析】
【分析】
【详解】
在提出了假设之后，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理．
【点睛】
虽然这两个假设可以由麦克尔孙—莫雷实验直接推出，但毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度.
14．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价
【解析】
【详解】
飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．
15．4.2转；3.0转
【解析】
【分析】
【详解】
在空间站的边缘，物体所受的惯性离心力为，物体所受的重力，题目要求，由此解出，由角速度和转速的关系，解得转/分；
同理取半径，由，代入数据得转/分．
【点睛】
掌握惯性参考系（适用于牛顿的经典运动学）与非惯性参考系（适用于相对论）的比较；以及惯性力和非惯性力的区别．