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 章末综合复习测评（含解析）

新时空观的确立
1．下列说法错误的是（ ）
A．考虑相对论效应，长度、时间的测量结果都随物体与观察者相对运动状态而改变
B．一切物理规律在不同的惯性系中是平权的
C．圆屏阴影中心的亮斑（泊松亮斑）是光波叠加造成的
D．在光的双缝干涉实验中，条纹间距与缝的宽度成正比
2．一张长方形宣传画长5m、高3m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，这张画由司机测量的图形是（　　）
A．边长为3m的正方形
B．长为3m、高为1.8m的长方形
C．长为5m、高为1.8m的长方形
D．长轴为3m、短轴为1.8m的椭圆形
3．以下有关波动和相对论内容的若干叙述正确的是(　　)
A．单摆的摆球振动到平衡位置时，所受的合外力为零
B．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
C．波在传播的过程中，介质质点将沿波传播的方向做匀速运动
D．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化
4．某物体的速度使其质量增加10%，则此物体在其运动方向上缩短了( )
A．10% B．90%
C．10/11 D．1/11
5．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　)
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮 D．无法判断
6．下列说法中不正确的是(? )
A．一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点
B．一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
C．一根杆的长度静止时为，不管杆如何运动，杆的长度均小于
D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
7．下列有关光的现象、电磁波和相对论的说法正确的是　　
A．光通过偏振片时，光的振动方向与透振方向的夹角越大，透过的光越强
B．杨氏干涉观察到了明暗条纹证明光是一种波，如果用激光进行实验则效果没有那么明显
C．赫兹在实验中发现，当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环中产生火花，这个导线环就是一个电磁波检测器
D．根据相对论原理，将两只调整同步的铯原子钟分别放在地面上和宇宙飞船上，则在宇宙飞船上的铯原子钟会走得慢些
8．下列说法中正确的是:
A．测量某星球上某些元素发出的光的频率，与地球上这些元素静止时的发光频率对照，就可以得出该星球靠近或者远离地球的速度，这利用了多普勒效应
B．在生产和生活中，共振现象危害较大，因此要尽量避免发生共振
C．高速飞离地球的飞船中宇航员认为地球上的时钟变慢
D．照相机镜头的偏振滤光片可使拍摄水下物体的影像更清晰，是利用光的干涉原理滤去了水面的反射光
9．下列说法中正确的是( )
A．光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的
B．红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度小
C．在机械波的传播过程中，介质质点的振动速度等于波的传播速度
D．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
E.根据麦克斯韦的电磁理论可知，变化的电场周围一定可以产生磁场
10．以下效应属于狭义相对论的是（　　）
A．时间延缓 B．长度收缩 C．质量变大 D．时空弯曲
11．下列关于经典力学的时空观说法正确的是(　　)
A．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，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的
B．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件(或物体的运动)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，空间间隔是相对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离与参考系选取有关
D．经典力学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.绝对时空观认为，参考系不同，某事件经历的时间也会不同
12．下列说法中正确的是(　　)
A．在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理
B．在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿运动定律仅适用于惯性参考系
C．一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
D．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
E. 物体的运动速度不能无限增加
13．在狭义相对论中，下列说法正确的是(　　)
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不相同
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
E. 时间与物体的运动状态有关
14．(1)假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应告诉我们什么？
15．带正电的π介子是一种不稳定的粒子，当它静止时，平均寿命为2.5×10－8 s，然后就衰变为一个μ子和一个中微子.今有一束π介子，在实验室中测得它的速率为u＝0.99c，并测出它从产生到衰变通过的平均距离为52 m.
(1)问这些测量结果是否一致？
(2)计算相对于π介子静止的参考系中π介子的平均寿命是多少？
参考答案
1．D
【解析】
A、考虑相对论效应，长度、时间的测量结果都随物体与观察者相对运动状态而改变；故A正确．
B、一切物理规律在不同的惯性系中是平权的．故B正确．
C、圆屏阴影中心的亮斑（泊松亮斑）是光波的叠加产生明显的衍射造成的；故C正确．
D、根据，知条纹的间距与缝的宽度不成正比；故D错误．
本题选错误的故选D．
【点睛】
本题考查选修3-4中的基本概念，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点．
2．A
【解析】
狭义相对论有两个显著的效应，即时间延迟和尺度缩短，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，根据相对论效应，判断宣传画的长度变化．
【详解】
一张长方形宣传画长5m、高3m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度接近此宣传画，根据相对论效应
司机测量时宣传画的长度变成，即图形是边长为3m的正方形，故选项A正确，选项BCD错误．
故选A.
【点睛】
此题只要理解尺缩效应就可以正确得出答案．
3．B
【解析】
单摆在平衡位置回复力为零，但是合力不为零，合力提供向心力；
在波的传播过程中，质点不随波迁移，移动的是波形；
在干涉现象中，振动加强区始终是振动加强区，减弱区始终是减弱区，是固定不变的．
【详解】
A.单摆的摆球振动到平衡位置时，所受的合外力不为零，拉力和重力的合力提供向心力，故A错误；
B.根据光速不变原理知，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；
C.在波的传播过程中，质点在平衡位置两侧振动，不随波迁移，故C错误；
D.两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域是固定的，故D错误．故选B
【点睛】
本题考查了选修3-4中的内容，关键要熟悉教材，牢记课本中的基本概念和基本规律．
4．D
【解析】
先根据爱因斯坦的质量速度关系公式列式，再根据公式列式，最后联立求解即可．
【详解】
根据爱因斯坦的质量速度关系公式，有：①
根据物体的长度与静止长度关系公式，有：②
联立①②解得：
即此物体在其运动方向上缩短了，故选项D正确，选项ABC错误．
【点睛】
本题关键是记住两个公式：质量速度关系公式、运动物体的长度与静止长度关系公式．
5．C
【解析】
因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件发生，后边的事件后发生可知C先被照亮，答案为C.
6．C
【解析】
经典物理学家的观点认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同．故A正确；根据，知沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度小．故B正确；一根杆的长度静止时为l0，当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化．故C错误；根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．故D正确．本题选择不正确的，故选C
点睛：该题考查长度的相对性，知道经典的时空观与相对论时空观的区别，以及长度变化与运动方向的关系是解答该题的关键．
7．CD
【解析】
【分析】
光的振动方向与透振方向的垂直时，光不能透过；激光的频率单一，是相干光源；当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，能产生电磁波，导线环会产生电磁感应，接收到电磁波；根据狭义相对论的两个基本假设（相对性原理、光速不变原理）和几个基本结论：①钟慢效应；②尺缩效应．
【详解】
光通过偏振片时，光的振动方向与透振方向的垂直时，没有光透过，当两者相平行时，则透过的光最强，故A错误；杨氏干涉观察到了明暗条纹证明光是一种波，如果用激光，由于是相干光源，则进行实验则效果更明显，故B错误；当火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器，故C正确；根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上有看宇宙飞船上的铯原子钟会走得慢些，故D正确；故选CD．
【点睛】
考查光的偏振原理，掌握光的干涉条件，知道激光是相干光源，理解导线环产生感应电动势的条件，注意钟慢效应的适用范围，若在宇宙飞船上人看钟，则走得正常．
8．AC
【解析】
【详解】
A．根据多普勒效应，当接收频率小于发出频率的时，星球离我们而去，若接收频率大于发出频率时，则星球向我们靠近，故A正确；
B．共振现象在生产和生活中有利也有弊，因此要会利用和防止共振，选项B错误；
C．根据爱因斯坦相对论可知，时间间隔的相对性：，可知在宇宙中高速飞行的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢，故C正确；
D．反射光是偏振光，摄影爱好者常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景像更清晰是利用光的偏振现象，故D错误；
故选AC.
9．ADE
【解析】
【详解】
A.根据光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故A正确；
B.根据，且红光在玻璃砖中的折射率小，则有红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度大，故B错误；
C.在机械波传播过程中，介质中质点的振动速度和波的传播速度并不相同，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；
E.依据麦克斯韦的电磁理论可知，变化的电场也一定会产生磁场，变化的磁场会一定产生电场，故E正确；
故选ADE。
10．ABC
【解析】
【分析】
知道狭义相对论的质量、时间、长度效应和光子说是解决此题的关键。
【详解】
A、时间延缓：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，故A正确；
B、长度收缩：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点，故B正确；
C、质量随着速度的增大而增大，故C正确；
D、时空弯曲属于广义相对论中的内容，故D错误。
【点睛】
此题考查狭义相对论的基本结论，要求能牢记相对论的有关结论，并能应用解释相关现象。
11．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
经典力学的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关.同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，对不同参考系中的观察者来说也是同时发生的，ABD正确，CE错误．
12．ADE
【解析】
【详解】
在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理，而牛顿运动定律仅适用于惯性参考系，A正确B错误；一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理，C错误D正确；物体的速度不能超过光速，E正确．
【点睛】
在任何参考系中，物理规律都是相同的，而牛顿运动定律仅适用于惯性参考系；一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理，从而即可求解．
13．ABE
【解析】
【详解】
根据相对论的观点：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；且在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态的改变而改变，AB正确CD错误；在狭义相对论中，时间与物体的运动状态有关，E正确．
14．见解析
【解析】
【详解】
(1)宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行.两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力，即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的；
(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲，因为加速运动的参考系中出现的惯性力等效于引力，使得光线发生弯曲.引力对光束的效应说明，引力的存在使空间变形.
15．（1）一致（2）
【解析】
【详解】
（1）根据时间间隔的相对性，当介子以的速率相对实验室运动时，在实验室中测得的平均寿命应为；
在实验室中测得π介子通过的平均距离约为，考虑到实验误差，这一计算结果与测量结果一致；
（2）在相对介子静止的参考系中观察，实验室的运动速率为，而在实验室中测得π介子通过的距离为，
则在相对介子静止的参考系中测得实验室通过的距离；
实验室通过l所用的时间就是π介子从产生到衰变的时间，即π介子的平均寿命为.