上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理物理沪科版选修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．爱因斯坦相对论的提出,是物理学思想的重大革命,因为它(　　)
A．揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
B．借鉴了法国科学家拉瓦锡的学说
C．否定了牛顿力学的原理
D．修正了能量、质量互相转化的理论
2．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉(　　)
A．你的质量在增加
B．你的心脏跳动在慢下来
C．你在变小
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度
3．2017年5月3日，中国科学技术大学潘建伟教授发布，利用高品质质量子点单光子源构建了世界首台单光子量子计算机．关于经典力学与量子力学的适用范围，下列说法正确的是
A．从宏观物体到微观的光子，经典力学都可以描述其运动规律
B．从地面上的物体到天体的运动,都服从经典力学的规律
C．经典力学认为生命过程的持续时间与运动状态有关
D．量子力学不能用来描述高速电子的运动
4．下列说法中正确的是
A．变化的电场一定能够在其周围空间产生变化的磁场从而形成电磁波
B．当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的波长大于声源发出的波长
C．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
D．泊松亮斑是光的干涉现象，全息照相的拍摄利用了光的衍射原理
5．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉( )
A．你的质量在增加
B．你的心脏跳动在慢下来
C．你在变小
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度
6．迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Gliese581”运行的行星“G1－581c”却很值得我们期待．该行星的温度在到之间，质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍，公转周期为13个地球日．“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍．设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则(　　)
A．在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同
B．如果人到了该行星，其体重是地球上的倍
C．该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的倍
D．由于该行星公转速度比地球大，地球上的物体如果被带上该行星，其质量会稍有变化
7．下列是两则新闻事件：
①2011年9月24日，欧洲核子研究中心发现存在中微子超光速现象，但此现象有待进一步验证；
②2011年12月10日晚，近10年来观赏效果最好的月全食如约登场，我国天气晴好地区的公众都有幸观测到月全食发生的全过程和一轮难得的“红月亮”．与这两则新闻相关的下列说法中正确的是(　　)
A．相对论认为任何物质的速度都无法超过光在真空中的速度
B．如果中微子超光速被证实，爱因斯坦的相对论将一无是处
C．如果中微子超光速被证实，爱因斯坦的相对论理论将被改写
D．月全食是由于光的折射形成的
E. “红月亮”是太阳发出的一部分红光由于地球大气的折射作用折射到地球的后面去，如果恰好照到月亮上再被月亮反射到地球形成的
8．一枚火箭静止于地面时长为30m，两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上．火箭以速度v飞行，光速为c，下列判断正确的是（ ）
A．若v=0.5c，火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30m
B．若v=0.5c，地面上的观察者测得火箭的长度仍为30m
C．若v=0.5c，火箭上的观察者认为地面上的时钟走得快
D．若v=0.5c，地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢
E.若，地面上和火箭上的观察者测得火箭的长度相同
9．下列说法正确的是
A．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
B．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说
C．光电效应说明光具有粒子性，能量大的光子只有粒子性没有波动性
D．相对论认为质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变的
10．设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．
11．牛顿、爱因斯坦对物理学的发展做出了卓越贡献，根据你对牛顿、爱因斯坦的了解，请完成下表：
12．太空中一束激光频率为,射向迎面飞来的卫星，卫星的速度为u，光在真空中的传播速度为c，卫星上的观察者观测到激光的传播速度为______，卫星接收到的激光的频率_____（填“大于”、“小于”或“等于”） ．
13．假设有一对孪生兄弟A和B,其中B乘坐速度为v=0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)又飞回地球,据A在地球上的观测大角星离地球有40光年．这次B往返飞行经历的时间为80.8年(如果B离开地球时,他们的年龄为20岁),试问当B回到地球时,他们的年龄各有多大?
14．地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过,另一飞船B以速度2.0×108 m/s 跟随A飞行．求:
(1)A上的乘客看到B的相对速度;
(2)B上的乘客看到A的相对速度．
15．地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过,另一飞船B以速度2.0×108 m/s 跟随A飞行．求:
（1）A上的乘客看到B的相对速度;
（2）B上的乘客看到A的相对速度．
参考答案
1．A
【解析】
运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是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，故A正确；爱因斯坦相对论借鉴法国科学家拉瓦锡的学说，但“借鉴”不等于“革命”，故B错误；直接说“否定了牛顿力学的原理”是没有一分为二的认识，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，即没有否定牛顿力学的原理，故C错误；狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律并提示了质量与能量相当，修正了能量、质量互相转化的理论，但“修正”也算不上革命．故D错误．所以A正确，BCD错误．
2．D
【解析】
相对论的基本概念是：当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的；当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉；当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动．但如果房子是在做匀速直线运动．即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动．即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．所以宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化．故D正确，ABC错误．
3．B
【解析】
经典力学不可描述微观粒子的运动规律，故A错误；从地面上的物体到天体的运动,都服从经典力学的规律，故B正确；经典力学认为生命过程的持续时间与运动状态无关，故C错误；量子力学能用来描述高速电子的运动，故D错误．所以B正确，ACD错误．
4．C
【解析】
试题分析：周期性变化的电场一定能够在其周围空间产生周期性变化的磁场；均匀变化的电场能够在其周围空间产生稳定的磁场，故A错误；根据多普勒效应，当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的频率大于声源发出的频率，结合v=λf可知，接收到的声音的波长小于声源发出的波长，故B错误；相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关，故C正确；根据光的衍射与干涉的特点，泊松亮斑是光的衍射现象；根据激光的应用可知，全息照相的拍摄利用了激光的相干性好的特点，与干涉原理有关，故D错误．
考点：考查了电磁波的产生、多普勒效应、相对论以及光的干涉
【名师点睛】周期性变化的电场一定能够在其周围空间产生周期性变化的磁场；根据多普勒效应分析波的频率的变化；相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关；泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了光的干涉原理．
5．D
【解析】
【详解】
相对论的基本概念是:当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的;当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉;当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动，但如果房子是在做匀速直线运动，即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动，即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．
A．你的质量在增加 ，与结论不相符，选项A错误；
B．你的心脏跳动在慢下来 ，与结论不相符，选项B错误；
C．你在变小，与结论不相符，选项C错误；
D．你永远不能由自身的变化知道你的速度，与结论不相符，选项D正确；
故选D。
6．BD
【解析】当卫星绕行星表面附近做匀速圆周运动时的速度即为行星的第一宇宙速度，由得 ，M是行星的质量，R是行星的半径，则得该行星与地球的第一宇宙速度之比为．故A错误；由万有引力近似等于重力，得，得行星表面的重力加速度为，则得该行星表面与地球表面重力加速度之比为，所以如果人到了该行星，其体重是地球上的2倍．故B正确；根据万有引力提供向心力，列出等式可得：
行星“G1-58lc”公转周期为13个地球日．将已知条件代入解得：行星“G1-58lc”的轨道半径与地球轨道半径r行G：r日地=，故C错误；根据相对论原理可知，由于该行星公转速度比地球大，地球上的物体如果被带上该行星，其质量会稍有变化，选项D正确；故选BD.
点睛：本题行星绕恒星、卫星绕行星的类型，建立模型，根据万有引力提供向心力，万有引力近似等于重力进行求解．
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7．ACE
【解析】根据爱因斯坦的狭义相对论理论，光速是宇宙速度的极限，没有任何物质可以超越光速，选项A正确；如果中微子超光速被证实，那么爱因斯坦的经典理论将被改写，或者说爱因斯坦的相对论可能错了，但并不能说爱因斯坦的相对论将一无是处，选项B错误，C正确；月全食是月食的一种，当月亮、地球、太阳完全在一条直线上的时候，整个月亮全部处在地球的影子里，月亮表面大都昏暗了，就是月全食，月全食是由于光的直线传播形成的，选项D错误；“红月亮”是太阳发出的一部分红光由于地球大气的折射作用折射到地球的后面去，如果恰好照到月亮上再被月亮反射到地球形成的，选项E正确．故选ACE.
8．ADE
【解析】
【分析】
【详解】
一枚静止时长30m的火箭以0．5c的速度飞行，根据狭义相对论可得火箭上的人测得火箭的长度为30cm，选项A正确；根据长度的相对性可得，地面上的观察者测得火箭的长度为： ，故B错误；根据时钟效应：运动的钟比静止的钟走的慢，而且运动速度越快，钟走的越慢；同时运动时相对的，火箭相对于地面上的人是运动的，地面上的人相对于火箭也是运动的，所以若v=0．5c，火箭上的观察者认为地面上的时钟走的慢，同时地面上的观察者认为火箭上的时钟走的慢，故C错误，D正确；若v<<0．5c，地面上的观察者测得的火箭的长度相同：，所以地面上和火箭上的观察者测得的火箭的长度相同，故E正确；故选ADE．
【点睛】
此题考查了狭义相对论的原理；解题时记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握长度的相对性，同时要注意运动的相对性．
9．BD
【解析】宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，是由于宏观物体的波长非常小，并不是宏观物体运动时不具有波动性，A错误；光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，B正确；大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性，波长较长时波动性比较显著，波长较短时粒子性比较显著，与能量大小无关，C错误；根据狭义相对论的几个基本结论，质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变的，故D正确．
10．k；
【解析】
根据相对论的知识，静止物体的能量是E=m0c?(m0是静止时的质量),运动时的能量E′=mc?（m为运动时的质量） E′/E=K m/m0=K；由相对论的质量关系式，解得．
11．牛顿运动三定律、万有引力定律；光子说、相对论
【解析】牛顿第二定律的主要贡献有：牛顿运动定律、万有引力定律；爱因斯坦的主要贡献有：光子说、相对论等等．
12． c 大于
【解析】根据光速不变原理，可得卫星上的观察者观测到激光的传播速度为c，因为激光和卫星是相向运动，所以根据开普勒效应可知卫星接收到的激光的频率大于
13．A为100.8岁,B为55.2岁
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦的狭义相对论，空间距离是相对的，根据时间的相对性公式 列式求解即可．
设B在飞船惯性系中经历的时间为t′，根据相对论效应得：即有，解得：t′=35.2（年）
所以B回到地球时的年龄为20+35.2=55.2岁．
A的年龄为20+80.8=100.8岁．
点睛：本题主要考查了相对论，关键明确时间间隔的相对性，记住公式．
14．(1)-1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．
（1）A上乘客看地以-2.5×108 m/s的速度向后，在地面看B以2.0×108 m/s的速度向前，
则A上乘客看B的速度为,代入数据解得：．
（2）B看A则相反为1.125×108 m/s．
点睛：本题考查爱因斯坦的速度相对性公式，关键是记住公式．
15．（1）-1.125×108 m/s（2）1.125×108 m/s
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦狭义相对论，运动具有相对性，相对速度的公式为，代入求解即可．
（1）A上乘客看地以的速度向后，在地面看B以的速度向前，
则A上乘客看B的速度为；
（2）B看A则相反为；