【精选】沪科版高中物理选修(34)5.45.5《走近广义相对论 无穷的宇宙》word学案-物理知识点总结
2018_2019版高中物理第5章新时空观的确立5.4走近广义相对论5.5无穷的宇宙课件沪科版选修3_4201901102138
[知识深化] 1.宇宙的起源 (1)关于宇宙起源，目前最有影响的理论是宇宙的大爆炸学说. (2)宇宙大爆炸的证据：宇宙空间存在当时产生的微波辐射. 2.宇宙的演化
(1)天文学家哈勃用望远镜对远距离星云观测时发现遥远的恒星发出的
光谱线普遍存在“红移”现象.这一现象表明：那些恒星正离我们远去，
也说明星系系统处于一种膨胀状态.
B.光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用
C.在强引力的星球附近，时间进程会变慢 √ D.广义相对论可以解释引力红移现象 √ 解析 由广义相对论的几个结论可知A、C、D正确.
1
2
3
4
解析
答案
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解析 答案
三、无穷的宇宙
[导学探究] 关于宇宙起源，目前比较有影响的理论是什么？ 答案 比较有影响的理论是宇宙大爆炸学说，即我们的宇宙是从一个
尺度极小的状态发展演化出来的 .1929 年美国天文学家哈勃发现银河 系以外的大多数星系都在远离我们而去，距离越远，离开的速度越大， 后来的分析表明，这是由于我们所处的宇宙正在膨胀，因此星系间距 离在不断增大，在任何地方看起来，其他星系都在远离自己.
船正在向远离任意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某个行星的表面.
解析 答案
二、广义相对论的预言与证实
[导学探究]
你知道广义相对论的一些有趣的结论吗？
答案 时空弯曲、光线弯曲、引力红移
答案
[知识深化] 广义相对论的几个结论 1.时空弯曲：广义相对论认为，时空不是平直的，而是弯曲或“扭曲” 的，扭曲的根本原因在于时空中物质的质量或能量的分布 . 如果质量 越大，时空弯曲的程度也就越大. 2.光线弯曲：在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的. 3.引力红移：在强引力场中，时钟要走得慢些.因此，光在引力场中传 播时，它的频率会变低，波长会变长.
上海科技教育出版社高中物理选修3-4：走近广义相对论
③对于一个以速率v运动的物体，其动 Ek＝E－E0＝mc2－m0c2. ④物体的总能量为动能与静质能之和，即E ＝Ek＋E0＝mc2(m为动质量)． ⑤由质能方程可知ΔE＝Δmc2. ⑥相对论能量、质能关系 物体的总能量：E＝Ek＋m0c2＝mc2 其中m0c2称为静质Hale Waihona Puke ．对广义相对论的进一步认识
走近广义相对论
走近广义相对论 1.广义相对论的两个基本原理 (1)在任何参考系中(包括惯性参考系)，物理 __过__程_____和__规__律_____都是相同的，这一 原理叫做广__义__相__对__性_原__理_________． (2)一个均匀引力场与一个做加速运动的 _参__考_系____ 等 价 ． 这 一 原 理 叫 做 __等_效__原__理___．
期变大，它的运动与加在D形盒上的交变电 压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受 到了限制．
(2)质能方程 爱因斯坦质能方程 E＝mc2＝
m0c2 1－vc2
.
理解这个公式请注意： ①质能方程表达了物体的质量和它所具有的 能量的关系：一定的质量总是和一定的能量 相对应． ②静止物体的能量为E0＝m0c2，这种能量 做物体的静质能，每个有静质量的物体都具 有静质能．
引力场是由质量不为零的物质产生的，引力 使时空发生变化，也就是物质的存在使时间 的流逝和空间的大小发生变化，广义相对论 的时空结构认为时间和空间不仅与参考系有 关，还与物质的运动和分布有关，在密度越 大，质量越大处时空弯曲越严重． 4.广义相对论的实验检验 (1)水星近日点的进动；
(2)光线在引力场中的弯曲； (3)引力红移． 例1 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．
高中物理 第十五章 相对论简介 第3节 第4节 广义相对论简介课件4高二选修34物理课件
＝0.6.
1－ 0.c8c2
答案：(1)99.999 9% (2)0.6
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要点二 广义相对论的几个结论 [探究导入] (1)假设宇宙飞船是全封闭的，正在远离任何天体的空间加速飞行，航天 员与外界没有任何联系，但他观察到，飞船内没有支撑的物体相对飞船会怎样运动？ 提示：以某一加速度落向舱底． (2)宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止在一个引力场中，还是正处在 一个没有引力场而加速上升的过程中？ 提示：不能．
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[判断正误] (1)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．( × ) (2)根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是不同的．( × ) (3)根据广义相对论原理，由于物质的存在，实际的空间是弯曲的．( √ ) (4)强引力作用可使光谱线向红端偏移．( √ ) (5)由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星．( √ ) (6)在引力场弱的地方时钟走得比引力场强的地方快些．( √ )
B．2m0c2
C.12m0c2
D.14m0c2
解析：光子能量的来源是电子质量的损失，每个电子由于质量而具有的能量是E＝ m0c2，两个电子总共具有的能量是2m0c2，故每个光子的能量为m0c2. 答案：A 12/9/2021
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2．(1)冥王星绕太阳公转的线速率为4.83×103 m/s，求其静止质量为运动质量的百分
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1．(多选)下列说法正确的是( ) 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
【课堂新坐标】(教师用书)高中物理 5.3 4 5 奇特的相对论效应 走进广义相对论 无穷的宇宙同步备课课件 沪
5 静止质量的比值为 . 3 【答案】 A
1．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内 站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观 察的结果是( )
A．这个人是一个矮胖子 B．这个人是一个瘦高个子 C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高
【解析】
由长度缩短效应可知，沿运动方向长度缩
【答案】
333 m
相对论质量和质能方程
【问题导思】 1．物体运动时的质量和静止质量有什么不同？ 2．物体的动能增加时，质量是否增加？ 3．根据爱因斯坦相对论质量关系式，物体的速度能否 超过光速？
1．相对论质量 按照牛顿力学，物体的质量是不变的，因此一定的力作 用在物体上，产生的加速度也是一定的，这样，经过足够长 的时间以后物体就可以达到任意大的速度．但是相对论的速 度叠加公式表明，物体的运动速度不能无限增加，严格的论 证证实了这一点，实际上，物体以速度 v运动时的质量 m与 静止时的质量m0之间有如下关系 m＝ m0 v2 1－ c
以上结论是狭义相对论的必然结论，而狭义相对论的正 确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的 现象，是客观存在的事实，绝不是人们的主观臆造，人们之 所以平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的 世界里．
如图 5－ 3－ 1所示，假设一根 10 m长的梭镖以 光速穿过一根 10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下 测量的．以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是 ( ) 图 5－ 3－ 1 A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完好遮 住它 B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的 两端伸出来
它具有的能量 ．
2．思考判断 (1)光速是速度的极限，任何物体的机械运动既不能达 到更不能超过光速．(√ ) (2)爱因斯坦通过质能方程阐明质量就是能量． (× ) (3)在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的． (√ )
奇特的相对论效应 5_4 走近广义相对论 5.5 无穷的宇宙教师用书 沪科版选修3-4
5.3 奇特的相对论效应 5.4 走近广义相对论 5.5 无穷的宇宙[先填空] 1.运动时钟延缓 (1)经典的时空观某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的. (2)相对论的时空观物体所在的惯性系相对于我们所在惯性系的速度越大，我们所观察到的某一物理过程的时间就越长.惯性系中的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了.(3)相对时间间隔公式设Δt 表示静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt ′表示以v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt ＝Δt ′1－v 2c2.2.运动长度收缩 (1)经典的时空观一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同. (2)相对论的时空观“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化.(3)相对长度公式设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l 0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ，杆相对于观察者的速度为v ，则l 、l 0、v 的关系是l ＝l 01－v 2c2.3.爱因斯坦质量公式和质能关系 (1)经典力学物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，足够长时间后物体可以达到任意的速度.(2)质量公式物体的质量随物体速度增加而增大.物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系是：m ＝m 01－v 2c2，因为总有v ＜c .可知运动物体的质量m 总要大于它静止时的质量m 0.(3)质能关系关系式为E ＝mc 2，式中m 是物体的质量，E 是它具有的能量. [再判断]1.根据相对论的时空观，“同时”具有相对性.(√)2.相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大.(×)3.高速飞行的火箭中的时钟要变慢.(√)4.爱因斯坦通过质能方程阐明物体的质量就是能量.(×) [后思考]1.尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变. 2.以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？【提示】不是.当v →c 时，时间延缓效应显著；当v ≪c 时，时间延缓效应可忽略.[核心点击] 1.“动尺缩短”狭义相对论中的长度公式l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2中，l 0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v 运动时，静止的观察者测量的长度.2.“动钟变慢”时间间隔的相对性公式 Δ t ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2中，Δt ′是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt 是相对于事件发生地以速度v 高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔.3.分析时间间隔和长度变化时应注意的问题(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化.(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的.4.相对论质量公式的理解(1)式中m 0是物体静止时的质量(也称为静质量)，m 是物体以速度v 运动时的质量，这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大.(2)微观粒子的运动速度很大，它的质量明显大于光子质量，像回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D 形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制.(3)微观粒子的速度很大，因此粒子质量明显大于静质量. 5.对质能方程的理解 爱因斯坦质能方程E ＝mc 2.它表达了物体的质量和它所具有的能量关系：一定的质量总是和一定的能量相对应. (1)静止物体所对应的能量为E 0＝m 0c 2，这种能量称为物体的静质能，每个有静质量的物体都有静质能.(2)由质能关系式可得ΔE ＝Δmc 2.其中Δm 表示质量的变化量，该式意味着当质量减少Δm 时，要释放出ΔE ＝Δmc 2的能量.(3)物体的总能量E 为动能E k 与静质能E 0之和，即E ＝E k ＋E 0＝mc 2(m 为物体运动时的质量).1.星际火箭以0.8c 的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？ 【解析】 设星际火箭的静止质量为m 0， 其运动时的质量m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2＝m 01－2＝53m 0，即其运动质量为静止质量的53倍.【答案】5 32.地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【解析】当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c时，由相对论长度公式l＝l01－vc2，代入相应的数据解得：l＝100×1－0.62 km＝80 km.【答案】100 km 80 km应用相对论“效应”解题的一般步骤1.应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度.2.明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果.3.应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算.[先填空]1.广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理过程和规律都是相同的.(2)等效原理：一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等价.2.广义相对论的几个结论(1)光线在引力场中弯曲.(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差(引力红移).[再判断]1.万有引力定律适用于狭义相对论.(×)2.广义相对论提出在任何参考系中物理规律都是相同的.(√)3.广义相对论提出光线会在引力场中沿直线传播.(×)[后思考]地球表面有引力，为什么说在地球表面均匀介质中光沿直线传播？【提示】地球表面的引力场很弱，对光的传播方向影响很小，所以认为光沿直线传播.[核心点击]1.广义相对论的两个基本原理的理解(1)广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理从惯性参考系推广到了非惯性系在内的所有参考系，一切参考系对于描述物理规律和物理现象来说都是平等的，无论用什么参考系，物理规律都是相同的.(2)等效原理：在物理学中，一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系的惯性力场有等效性.2.光线在引力场中弯曲：根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害.通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲.3.引力红移：按照广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别.例如，在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象.广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测证实.还有其他一些事实也支持广义相对论.目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥了主要作用.3.下列说法中正确的是( )A.物体的引力使光线弯曲B.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C.在强引力的星球附近，时间进程会变慢D.在强引力的星球附近，时间进程会变快E.广义相对论可以解释引力红移现象【解析】根据广义相对论的几个结论可知，选项A、C、E正确，B、D错误.【答案】ACE4.在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是( )A.船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B. 船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的E.在加速参考系中的惯性力场等效于引力场【解析】在惯性参考系中，光是沿直线传播的，故A正确，B错误.而在非惯性参考系中，因为有相对加速度，根据等效原理，光将做曲线运动，D正确，C错误.在加速参考系中的惯性力场等效于引力场，E正确.【答案】ADE应用广义相对论的原理解决时空变化问题的方法1.应该首先分析研究的问题或物体做怎样的运动，是处于怎样的参考系中.无论是匀加速运动的参考系，还是均匀的引力场中，其规律是相同的.2.然后根据“引力使时间变慢，空间变短”的理论分析其所在位置或运动情况会产生怎样的变化.。
高中物理 沪科版选修3-4 5.5无穷的宇宙 课时作业(含解析)
5.5无穷的宇宙1．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2．关于太阳，下列说法正确的是（）A．是银河系的一个组成部分B．是银河系中唯一发光的恒星C．是一颗能发光、发热的液态星球D．辐射能量主要来自于太阳内部的化学反应3．我们观测到的恒星有超巨星、巨星、主序星、白矮星和_______星．右图为恒星质量和寿命的关系图，估计一颗质量为太阳1.8倍的恒星能存在_______年．横线上正确填写的选项是（）A．北极星 30亿年B．中子星 3亿年C．中子星 30亿年D．黑洞 30亿年4．下列说法中正确的是（）A．卢瑟福发现电子B．汤姆孙提出原子核式模型C．所有原子核都是由质子和中子组成D．质量越大的恒星寿命越短5．关于恒星，下列说法中正确的是()A．恒星的质量越大寿命就越长B．太阳是宇宙中最大的恒星C．恒星最终一定会变成黑洞D．太阳是离地球最近的恒星6．一颗恒星的寿命取决于它的A．温度B．体积C．质量D．颜色7．下列关于太阳及太阳系的说法中正确的是（）A．太阳向外辐射能量主要来自太阳内部的核裂变反应B．太阳系中距离太阳越近的行星绕太阳公转速度越大C．太阳系中内行星都没有坚硬的外壳，外行星都有坚硬的外壳D．太阳系虽然是银河系中很小很小的一部分，但它位于银河系的中心8．关于宇宙，下列说法中正确的是（）A．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上B．恒星的寿命取决于亮度C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应D．地球是宇宙中唯一有卫星的星球9．下列所述正确的是()A．强子是参与强相互作用的粒子B．轻子是不参与强相互作用的粒子C．目前发现的轻子只有8种D．夸克有6种,它们带的电荷量分别为元电荷的23+或13-10．恒星离我们的距离非常遥远，但是我们可以利用地球绕太阳运动的圆形轨道直径作为基线，通过几何方法来测量恒星的距离。
2020沪科版高中物理选修(3-4)5.1-5.2《电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理》ppt课件
例2 考虑以下几个问题：
图2 (1)如图2所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看 到的光速应是多少？
(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看 到的光速应是多少？ (3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看 到的光速又是多少？
解析 光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参 考系中都是相同的.故三种情况下人看到的光速都是c. 答案 (1)c (2)c (3)c
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( C )
A.1.7c
B.0.1c
C.0.99c
D.无法确定
解析 根据相对论速度变换公式：u＝ 1＋0.80.c8＋c×c02.90c.9c＝0.99c，故选项C正确.
原理Байду номын сангаас
相对论速度变换公式：u＝
u′＋v 1＋u′c2 v
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1.通常我们把地球和相对于地面静止或匀速运动的参考 系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于 非惯性系的有( B ) A.停在地面上的汽车 B.绕地球做匀速圆周运动的飞船 C.在大海上匀速直线航行的轮船 D.以较大速度匀速运动的磁悬浮列车 解析 由惯性系和非惯性系的概念可知选B.
2.迈克耳孙—莫雷实验说明了什么？ 答案 说明光速c是不变的.
要点提炼
1.按经典物理速度合成公式，一个人在相对地面以速度 v运动的车或船上，向前进方向掷出一个相对于自己以 速度u运动的球，则球相对地面的速度应为V＝ u＋v . 2.对光的传播应用了经典的物理速度合成公式后，得出 的结果与电磁场理论中“ 光在真空中的传播速度为c”产 生了矛盾.即经典的速度合成公式对电磁学不适用.
高中物理沪科版选修34：章末综合测评第3章
高中物理沪科版选修34：章末综合测评第3章(时间：60分钟总分值：100分)一、选择题(此题包括8小题，每题6分，共48分)1.在电磁学开展进程中，许多迷信家做出了贡献.以下说法正确的选项是()A.奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象B.麦克斯韦预言了电磁波；楞次用实验证明了电磁波的存在C.库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根经过油滴实验测定了元电荷的数值D.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律E.赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性【解析】由物理学史知识可知，电流的磁效应是奥斯特发现的，电磁感应现象是法拉第发现的，赫兹证明了电磁波的存在，安培发现了磁场对电流的作用，洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，A、C、E正确.【答案】ACE2.关于生活中遇到的各种波，以下说法正确的选项是()A.电磁波可以传递信息B.声波不能传递信息C.手机在通话时触及的波既有电磁波又有声波D.太阳光中的可见光和医院〝B超〞中的超声波传达速度不相反E.遥控器收回的红外线波长和医院〝CT〞中的X射线波长相反【解析】声波、电磁波都能传递能量和信息，A正确，B项错误；在手机通话进程中，既触及电磁波又触及声波，C项正确；可见光属于电磁波，B超中的超声波是声波，波速不同，D项正确；红外线波长较X射线波长长，故E项错误.【答案】ACD3.依照麦克斯韦的电磁场实际，以下说法中正确的选项是()A.恒定的电场周围发生恒定的磁场，恒定的磁场周围发生恒定的电场B.变化的电场周围发生磁场，变化的磁场周围发生电场C.平均变化的电场周围发生平均变化的磁场，平均变化的磁场周围发生平均变化的电场D.平均变化的电场周围发生动摇的磁场，平均变化的磁场周围发生动摇的电场E.周期性变化的电场周围发生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围发生周期性变化的电场【解析】麦克斯韦电磁场实际的中心内容是：变化的电场发生磁场；变化的磁场发生电场.对此实际片面正确了解为：不变化的电场周围不发生磁场；变化的电场可以发生变化的磁场，也可发生不变化的磁场；平均变化的电场发生动摇的磁场；周期性变化的电场发生同频率的周期性变化的磁场.由变化的磁场发生电场的规律与上相似.由此可知，选项B、D、E正确.【答案】BDE4.关于电磁波谱，以下说法中正确的选项是()A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会惹起生物体的病变B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发作干预和衍射D.在电磁波谱中，更容易发作衍射现象的是γ射线E.红外线容易穿透云雾烟尘【解析】X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会惹起生物体的病变，故A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，动摇性越强，越容易发作干预、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发作干预和衍射现象，无线电波最容易发作衍射现象，故C、D错误；红外线波长比可见光长，更容易发作衍射、易穿透云雾烟尘，E正确.【答案】ABE5.2014年3月8日马来西亚航班MH370失联前与塔台和卫星之间经过电磁波相联络.以下说法正确的选项是()A.航班与卫星间联络主要以微波的方式B.MH370收回的电磁波频率是定值，不能改动C.电磁波由真空进入介质，速度变小D.电磁波由真空进入介质，频率不变E.只需发射电路的电磁振荡中止，发生的电磁波立刻消逝【解析】航班与卫星间联络主要以微波的方式传达，天波遇到大气中的电离层就反射了，A项正确；MH370收回的电磁波，频率是可以改动的，B项错误；电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变，C、D项正确；一旦电磁波构成了，电磁场就会向外传达，当波源的电磁振荡中止时，只是不能发生新的电磁波，但已收回的电磁波不会消逝，故E错误.【答案】ACD6.应用所学物理知识，可以初步了解常用的一卡通(IC卡)的任务原理及相关效果.IC卡外部有一个由电感线圈L和电容构成的LC振荡电路，公交车上的读卡机(刷卡时〝嘀〞的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波.刷卡时，IC 卡内的线圈L中发生感应电流，给电容C充电，到达一定的电压后，驱动卡内芯片停止数据处置和传输.以下说法正确的选项是()A.IC卡任务所需求的能量来源于卡内的电池B.IC卡内是一个LC振荡电路C.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才干有效任务D.假定读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，那么线圈L不会发生感应电流E.IC卡既能接纳读卡机发射的电磁波，又能向读卡机传输自身的数据信息【解析】此题考察的是LC振荡电路的相关知识.IC卡内是一个LC振荡电路，没有电池，故A错B对；只要当读卡机收回特定频率的电磁波时，IC卡才干正常任务，故C对；当读卡机发射的电磁波偏离该频率时，线圈可以发生的电流较小，不能正常任务，故D错；IC卡是可以和读卡机停止数据传输的，故E对.【答案】BCE7.如图1甲所示，在LC振荡电路中，经过P点的电流变化规律如图1乙所示，且把经过P点向右的方向规则为电流i的正方向，那么()【导学号：38910041】甲乙图1A.0.5 s到1 s时间内，电容器C在放电B.0.5 s至1 s时间内，电容器C的上极板带正电C.1 s至1.5 s时间内，Q点的电势比P的电势高D.1 s至1.5 s时间内，电场能正在转变成磁场能E.t＝1 s时电路中电场能最大而磁场能最小【解析】0.5 s至1 s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板；1 s至1.5 s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，t＝1 s时电流为零，电路中电场能最大，磁场能最小，C、D、E正确.【答案】CDE8.如图2所示为理想LC振荡回路，此时辰电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图.以下说法正确的选项是()【导学号：38910042】图2A.如下图的时辰电容器正在放电B.如下图的时辰电流正在减小C.电路中的磁场能在增加D.电容器两端的电压在添加E.电容器两端的电压在增加【解析】由电场方向可知电容器上极板带正电，由线圈中的电流方向可知电路中电流方向为逆时针.结合以上两点可知电容器在充电，电路中的电流正在减小磁场能在增加，电容器两端的电压在添加，故B、C、D正确，A、E错误.【答案】BCD二、非选择题(共6小题，共52分，按标题要求作答)9.(6分)在LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是________.【解析】LC振荡电路的周期T＝2πLC，其电容器上的带电量从最大值变化到零的最短时间t＝T4，所以t＝π2LC.【答案】π2LC10.(6分)某防空雷达发射的电磁波频率为f＝3×103MHz，屏幕上尖形波显示，从发射到接纳阅历时间Δt＝0.4 ms，求被监视的目的到雷达的距离和该雷达收回电磁波的波长.【导学号：38910043】【解析】s＝cΔt＝3×108×0.4×10－3 m＝1.2×105 m＝120 km.这是电磁波往复的路程，所以目的到雷达的距离为60 km.由c＝λf，得λ＝cf＝0.1 m.【答案】60 km0.1 m11.(8分)在LC振荡电路中，如电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L.为了提高测量精度，需屡次改动C值并测得相应的T值.现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，以T2为纵坐标的坐标纸上，即图中用〝×〞表示的点，如图3所示.图3(1)T、L、C的关系为________________________；(2)依据图中给出的数据点作出T 2与C 的关系图线.【解析】 此题主要考察两点：一是考察考生能否依据正确的作图规那么画出T 2-C 图像(图线应尽量经过或接近比拟多的数据点，不经过图线的数据点应尽量较平均地散布在图线的两侧)；二是考察考生的数形结合才干.考生需将LC 回路的固有周期公式T ＝2πLC 变换成T 2＝4π2LC ，从而看法到T 2-C 图线为一过坐标原点的直线(在此题中，横、纵坐标的终点不为零，图线在纵轴上有一正截距值)，图像的斜率为4π2L ，L ＝ΔT 24π2ΔC . 【答案】 (1)T ＝2πLC (2)见地析12.(10分)一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs ，两次发射的时间距离为100 μs ，在指示器的荧光屏上出现出的尖形波如图4所示，图中刻度ab ＝bc ，那么阻碍物与雷达之间的距离是多大？【导学号：38910044】图4【解析】 图中a 和c 处的尖形波是雷达向目的发射无线电波时出现的，b 处的尖形波是雷达收到阻碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab ＝bc 可知，无线电波从发射到前往所用时间为50 μs.设雷达离阻碍物的距离为s ，无线电波来回时间为t ，波速为c ，由2s ＝ct 得s ＝ct 2＝3.0×108×50×10－62m ＝7.5×103 m. 【答案】 7.5×103 m13.(10分)收音机的调谐电路中线圈的自感系数为L ，要想接纳波长为λ的电磁波，应把调谐电路中电容器的电容调至(c 为光速)多少？【解析】 接纳电磁波必需停止调谐，使接收回路发生电谐振，由发生电谐振的条件f 固＝f 电磁波得12πLC＝c λ，解得C ＝λ24π2Lc 2.【答案】 λ24π2Lc 214.(12分)如图5所示的振荡电路中，自感系数L ＝300 μH ，电容C 的范围为25～270 pF ，求：图5(1)振荡电流的频率范围；(2)假定自感系数L ＝10 mH ，要发生周期T ＝0.02 s 的振荡电流，应配置多大的电容？【导学号：38910045】【解析】 (1)由f ＝12πLC 得： f max ＝12π×300×10－6×25×10－12Hz ＝1.8×106 Hz f min ＝12π×300×10－6×270×10－12 Hz ＝0.56×106 Hz所以频率范围为0.56×106～1.8×106 Hz.(2)由T ＝2πLC 得：C ＝T 24π2L ＝0.0224π2×10×10－3F ＝10－3 F. 【答案】 (1)0.56×106～1.8×106 Hz (2)10－3 F。
第三节 宇宙的起源与演化(课件)高一物理(沪科版2020上海必修第二册)
（2）10-43s时，宇宙的密度是1093kg/m3，温度是1032K。 宇宙是混沌一团。
（3）10-35s时，宇宙发生一次暴涨，直径在10-32内膨胀了 1050倍，温度降到1027K。宇宙中出现了各种各样的粒子，包 括光子，它们不断通过相互作用而相互转化。
（4）10-36s时，温度降到1013K ，出现了电子、正电子。
（5）10s时，温度为109K ，质子和中子结合成氢核。 （6）约38万年时，温度降到3000K，开始出现各种原子，宇宙变成透明。 （7）约2亿年时，形成第一批恒星。 （8）约10亿年时，出现第一批星系。 （9）约40亿-90亿年时，出现我们的银河系、太阳和行星。 （10）约120亿年时，地球上出现了生命。
恒 星 的 归 宿
史蒂芬·霍金
史蒂芬·霍金是英国物理学家，他用毕生精 力研究黑洞普通物理学定理不再适用的时空 领域和宇宙起源大爆炸原理。他提出黑洞能 发射辐射(现在叫霍金辐射)的预言现在已是一 个公认的假说。他的研究工作在科学界远不 及他的畅销书《时间简史》出名。他这本销 售量达2500万份的畅销书对量子物理学和相 对论作了大量介绍。
第八章《牛顿力学的局限性与相对论初步》
第三节《宇宙的起源与演化》
“四方上下曰宇、古往今来曰宙”
人类史上首张黑洞照片发布
2019年4月10日，事 件视界望远镜（EHT） 国际合作组织在全球六 地同步召开新闻发布会， 宣布他们已经捕获了首 张黑洞照片。
一、宇宙
1.概念：
宇宙是广漠空间和存在的各种 天体以及弥漫物质的总称。
（11）约137亿年时出现了人类，百万年后出现了现代文明。 宇宙温度降到了约3K。
（12）至今宇宙的年龄估计为137亿年。膨胀速率按最大 速率光速计，现今宇宙的“直径”约为137亿光年，即约 为1.3×1023km。
2020-2021学年高中物理沪科版选修3-4第5章：章末综合测评试题含答案解析
【最新】高中物理沪科版选修3-4第5章：章末综合测评试题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、多选题1．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2．关于广义相对论，下列说法中正确的是( )A．万有引力可以用广义相对论作出正确的解释B．惯性质量和引力质量相等，它们遵从相同的规律C．广义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入广义相对论的框架E.太阳的引力场会使周围空间发生弯曲3．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4．以下说法中正确的是( )A．矮星表面的引力很强B．时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些C．在引力场越强的地方，物体长度越长D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移E. 引力场越强，时钟变慢的效应越明显5．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6．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( )A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计E. 狭义相对论的创立表明经典力学在任何情况下都不再适用7．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D．火箭上的人看地面物体长度变短，时间进程变慢了8．A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且v A＞v B，对于在飞机上的人观察结果，下列说法正确的是( )A．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大B．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同E. A飞机上的人观察B飞机的长度和时间进程均有微小变化二、解答题9．(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？10．一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90 m，相对地面以u＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过.(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)航天员测得飞船自身通过观测站的时间间隔是多少？11．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？三、实验题12．宇宙射线中有一种叫做μ子的粒子，在与μ子相对静止的惯性参考系中观测到，它平均经过2×10－6 s(其固有寿命)就衰变为电子和中微子.但是，这种μ子在大气中运动的速度非常大，可以达到v＝2.994×108 m/s＝0.998c.请分析μ子在大气中可以运动多远的距离？参考答案1．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．2．ABE【详解】万有引力可以纳入广义相对论的框架，可以用广义相对论作出正确的解释，A正确D错误；惯性质量和引力质量相等，遵从相同的规律，B正确；广义相对论是非惯性参考系之间的理论，C错误；太阳的引力场会使周围空间发生弯曲，E正确．3．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．4．ABE【解析】【详解】因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强，A正确；根据广义相对论的结论可知，引力场越强，时间进程越慢，物体长度越短，B正确C错误；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为“引力红移”，D错误；引力场越强，时钟变慢的效应越明显，E正确．5．ABD【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．6．BCD【解析】【分析】根据长度相对性l=l0√1−(vc )2和时间间隔的相对性Δt=√1−(vc)分析讨论；【详解】按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt=√1−(c )可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对飞船中的观察者静止，时钟准确，B正确；由l=l0√1−(vc)2可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C正确；当v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，D正确；在宏观、低速情况下，经典力学仍适用，E错误．【点睛】解题要掌握以下知识：1、“同时”的相对性；2、长度的相对性l=l0√1−(vc)2，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小；3、时间间隔的相对性Δt=√1−(vc )．时间延缓效应：在静止系中，同一地点发生的两事件的时间间隔称为固有时间，即τ．相对于物理事件运动的惯性系中测得两事件的时间间隔比固有时间长．7．BCD【解析】在地面附近有一高速飞过的火箭，根据长度缩短效应和时间延缓效应可以知道，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了，所以A项是正确的．8．BDE【解析】【分析】根据长度的相对性l =l 0√1−(v c )2，分别讨论足球场的长度与宽度的变化即可． 【详解】由l =l 0√1−(v c )2 (其中l 0是相对足球场静止时的长度)，可以看出，速度越大，“动尺变短”的效应越明显，即A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的小，A 错误B 正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直，所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同，C 错误D 正确；因A 、B 两飞机有相对运动，所以A 飞机上的人观察B 飞机的长度和时间进程均有微小变化，E 正确．【点睛】记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论，记住公式l =l 0√1−(v c )2是解决此题的关键．9．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.10．（1）72.2510s -⨯ （2）73.7510s -⨯【详解】（1）观测站测得船身的长度为54L L m ===，通过观测站的时间间隔为754 2.25100.8L m t s u c-∆===⨯； （2）航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为7090' 3.75100.8L m t s u c -∆===⨯. 11．（1）一致（2）2.5×10−8s【解析】【详解】（1）根据时间间隔的相对性，当π介子以u =0.99c 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Δt =√1−(c )2=－82≈1.8×10－7s ；在实验室中测得π介子通过的平均距离约为d =uΔt =0.99×3.0×108×1.8×10－7m ≈53m ，考虑到实验误差，这一计算结果与测量结果一致；（2）在相对π介子静止的参考系中观察，实验室的运动速率为u =0.99c ，而在实验室中测得π介子通过的距离为l 0=52m ，则在相对介子静止的参考系中测得实验室通过的距离l =l 0√1−(vc )2=52×√1−0.992m =7.3m ；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Δt =l u =7.30.99×3.0×108s =2.5×10−8s .12．9500m【详解】已知68210 2.99410/t s v m s ∆'=⨯=⨯－，；如果按照经典物理来看，μ子从产生到衰变的这段时间里平均走过的距离仅为862.99410210600l m m -'=⨯⨯⨯≈；根据狭义相对论，在地面的实验室中观测μ子的“运动寿命”为653.1610t s --∆===⨯；因而μ子在大气中运动的距离应为852.99410 3.16109500l m m -=⨯⨯⨯≈．。
高中物理第五章相对论第四节广义相对论第五节宇宙学简介宇宙学2全国公开课一等奖百校联赛微课赛课特等奖P
2．广义相对论时空结构
(1)引力存在对时间影响：在引力场中，时钟变 ．慢
(2)引力存在对空间影响：引力存在会使空间变形，在引
力方向上，空间间隔
．不在变与பைடு நூலகம்力垂直方向上，
空间间隔变
，发生了短弯曲．
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3．广义相对论试验检验 (1)水星近日点进动
爱因斯坦用广义相对论引力场方程，经过复杂数学运算， 得出水星近日点进动还应有每百年43.03″附加值，这是时 空弯曲对平方反比律修正引发． (2)光线在引力场中发生 弯曲 ．
第5节 宇宙学介绍
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[目标定位] 1.了解广义相对论基本原理.2.初步了解广义相 对论几个主要观点以及主要观察证据.3.了解宇宙起源与宇宙 内部组成．
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一、广义相对论初步 1．广义相对论基本原理
(1)广义相对性原理：在 任何 参考系(包含非惯性系) 中物理规律都是相同． (2)等效原理： 匀加速 参考系中惯性力场与均匀引力场 不可区分．
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【例1】 下列说法中正确是 ()
A．在任何参考系中，物理规律都是相同，这就是广义 相对性原理 B．在不一样参考系中，物理规律都是不一样，比如牛 顿定律仅适合用于惯性参考系 C．一个均匀引力场与一个做匀速运动参考系等价，这 就是著名等效原理 D．一个均匀引力场与一个做匀加速运动参考系等价， 这就是著名等效原理
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解析 依据广义相对论基本原理可知，选项A、D正确． 答案 AD
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【例2】 下列说法中正确是
A．物质引力使光线弯曲 B．光线弯曲原因是介质不均匀而非引力作用 C．在强引力星球附近，时间进程会变慢 D．广义相对论能够解释引力红移现象
高中物理沪科版选修34：章末综合测评 第5章
高中物理沪科版选修34：章末综合测评第5章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【解析】由广义相对性原理和等效原理的内容知A、D正确.由狭义相对论结论知E正确.【答案】ADE4.以下说法中正确的是()A.矮星表面的引力很强B.时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些C.在引力场越强的地方，物体长度越长D.在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移E.引力场越强，时钟变慢的效应越明显【解析】因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强，故A 正确；根据广义相对论的结论可知，引力场越强，时间进程越慢，物体长度越短，故B正确，C错误；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为“引力红移”，故D错误.引力场越强，时钟变慢的效应越明显，E正确.【答案】ABE5.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【解析】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，故A 、B 、D 均正确，C 、E 错误.【答案】 ABD6.用相对论的观点判断，下列说法正确的是( )【导学号：38910066】A.时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B.在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C.在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计E.狭义相对论的创立表明经典力学在任何情况下都不再适用【解析】 按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A 错误；由Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对飞船中的观察者静止，时钟准确，B 正确；由l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C 正确；当v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D 也正确.在宏观、低速情况下，经典力学仍适用，E 错误.【答案】 BCD7.在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是( )A.地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B.地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C.火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D.火箭上的人看地面物体长度变短，时间进程变慢了【解析】 由表达式Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，可知Δt ＞Δt ′，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物理过程所经历的时间越长，故B 、C 、D 正确.【答案】 BCD8.A 、B 两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且v A ＞v B ，对于在飞机上的人观察结果，下列说法正确的是( )A.A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的大B.A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的小C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同E.A 飞机上的人观察B 飞机的长度和时间进程均有微小变化【解析】 由l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2(其中l 0是相对足球场静止时的长度)，可以看出，速度越大，“动尺变短”的效应越明显，选项B 正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直，所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同，D 正确.因A 、B 两飞机有相对运动，所以E 正确.【答案】 BDE二、非选择题(本题共4小题，共52分)9.(10分)(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？【解析】 (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.【答案】 见解析10.(12分)一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90 m ，相对地面以u ＝0.8c 的速度在一观测站的上空飞过.(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)航天员测得飞船自身通过观测站的时间间隔是多少？【导学号：38910067】【解析】 (1)观测站测得船身的长度为L ＝L 01－u 2c2＝901－0.82 m ＝54 m ，通过观测站的时间间隔为Δt ＝L u ＝54 m 0.8c＝2.25×10－7 s. (2)航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt ′＝L 0u ＝90 m 0.8c＝3.75×10－7 s.【答案】 (1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s11.(14分)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？【解析】 (1)根据时间间隔的相对性，当π介子以u ＝0.99c 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Δ t ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝2.5×10－81－(0.99)2 s ≈1.8×10－7s.在实验室中测得π介子通过的平均距离约为d ＝u Δt ＝0.99×3.0×108×1.8×10－7 m ≈53 m ，考虑到实验误差，这一计算结果与测量结果一致.(2)在相对π介子静止的参考系中观察，实验室的运动速率为u ＝0.99c ，而在实验室中测得π介子通过的距离为l 0＝52 m ，则在相对π介子静止的参考系中测得实验室通过的距离为l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝52×1－0.992 m ＝7.3 m.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Δ t＝l u ＝7.30.99×3.0×108s ＝2.5×10－8 s. 【答案】 (1)一致 (2)2.5×10－8 s12.(16分)宇宙射线中有一种叫做μ子的粒子，在与μ子相对静止的惯性参考系中观测到，它平均经过2×10－6 s(其固有寿命)就衰变为电子和中微子.但是，这种μ子在大气中运动的速度非常大，可以达到v ＝2.994×108 m/s ＝0.998c .请分析μ子在大气中可以运动多远的距离？【解析】 已知Δ t ′＝2×10－6s ，v ＝2.994×108 m/s.如果按照经典物理来看，μ子从产生到衰变的这段时间里平均走过的距离仅为l ′＝2.994×108×2×10－6m ≈600 m.根据狭义相对论，在地面的实验室中观测μ子的“运动寿命”为Δ t ＝Δ t ′1－v 2c2＝2×10－61－(0.998)2 s ≈3.16×10－5 s.因而μ子在大气中运动的距离应为l ＝2.994×108×3.16×10－5m ≈9 500 m.【答案】 9 500 m。
高中物理沪科版选修3-4 第5章 新时空观的确立 课时作业--走近广义相对论 无穷的宇宙
5.4走近广义相对论5.5无穷的宇宙一、选择题1．(多选)下列说法中正确的是()A．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架答案BCD解析狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动速度不能够影响到远处的另一个星球，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论，故选项A 错误，B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论，故选项C正确．2．关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是()A．它们之间没有任何联系B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论答案 D解析狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．3．(多选)下列说法正确的是()A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B．强引力作用可使光谱线向红端偏移C．引力场越强的位置，时间进程越慢D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的答案ABCD解析由广义相对论我们可知道：物质的引力使光线弯曲．在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象．4．(多选)以下说法中错误的是()A．矮星表面的引力很强B．时钟在引力场弱的地方比引力场强的地方走得快些C．引力场越弱的地方，物体的长度越短D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移答案CD5．(多选)下列说法中正确的是()A．“红移”现象说明了星系系统处于一种膨胀状态B．黑洞是恒星演化的结果C．包括光在内的任何东西都不可能逃出黑洞D．黑洞实质上就是一个无光线的区域答案ABC6．(多选)在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是()A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的答案AD解析由广义相对论基本原理可知A、D正确．7．(多选)黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片，那么关于黑洞，你认为正确的是()A．内部也是漆黑一片，没有任何光B．内部光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出C．内部应该是很亮的D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去答案BCD二、非选择题8．黑洞本身不发光，不可能直接显示它的存在，那么又如何知道它的存在呢？答案黑洞本身不发出光线．所以不可能直接显示它的存在．但是，可以观察到它巨大的引力场对周围物质产生的效应，证实黑洞的存在．9．如何验证大爆炸理论的正确性？答案伽莫夫根据自己的大爆炸理论预言，作为爆炸的后果，宇宙空间应该存在当时产生的微波辐射．在实验中能否探测到这一微波辐射，就被认为是初步验证大爆炸理论的关键.20世纪60年代初，美国科学家威尔逊和彭齐亚斯在一次实验中意外地发现了这种微波辐射，证实了大爆炸理论的正确性．10．在外层空间的宇宙飞船上，如果你正在一个以加速度g＝9.8 m/s2向头顶方向运动的电梯中，这时，你举起一个小球自由地丢下，请说明小球是做自由落体运动．答案见解析解析由广义相对论中的等效原理知，一个均匀的引力场与一个做加速运动的参考系等价．当电梯向头顶方向加速运动时，自由丢下的小球相对于电梯的加速度为g＝9.8 m/s2，与在地球引力场中做自由落体运动相同．。
高中物理沪科版选修34：章末综合测评第5章
高中物理沪科版选修34：章末综合测评第5章(时间：60分钟总分值：100分)一、选择题(此题共8小题，每题6分，共48分)1.在狭义相对论中，以下说法正确的选项是()A.一切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、光源的运动形状有关C.在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传达速度不相反D.质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对形状的改动而改动E.时间与物体的运动形状有关【解析】依据相对论的观念：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相反的；且在一切惯性系中，光在真空中的传达速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对形状的改动而改动.故正确选项为A、B.在狭义相对论中，时间与物体的运动形状有关，E正确.【答案】ABE2.关于狭义相对论，以下说法中正确的选项是()A.万有引力可以用狭义相对论作出正确的解释B.惯性质量和引力质量相等，它们听从相反的规律C.狭义相对论是惯性参考系之间的实际D.万有引力实际无法归入狭义相对论的框架E.太阳的引力场会使周围空间发作弯曲【解析】万有引力可以归入狭义相对论的框架，可以用狭义相对论作出正确的解释，A对、D错；惯性质量和引力质量相等，听从相反的规律，B对；狭义相对论是非惯性参考系之间的实际，C错.太阳的引力场会使周围空间发作弯曲，E对.【答案】ABE3.以下说法中正确的选项是()A.在任何参考系中，物理规律都是相反的，这就是狭义相对性原理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.一个平均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.一个平均的引力场与一个做匀减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有限添加【解析】由狭义相对性原理和等效原理的内容知A、D正确.由狭义相对论结论知E正确.【答案】ADE4.以下说法中正确的选项是()A.矮星外表的引力很强B.时钟在引力场弱的中央比在引力场强的中央走得快些C.在引力场越强的中央，物体长度越长D.在引力场强的中央，光谱线向绿端偏移E.引力场越强，时钟变慢的效应越清楚【解析】因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星外表引力很强，故A 正确；依据狭义相对论的结论可知，引力场越强，时间进程越慢，物体长度越短，故B正确，C错误；在引力场强的中央，光谱线向红端偏移，称为〝引力红移〞，故D错误.引力场越强，时钟变慢的效应越清楚，E正确.【答案】ABE5.以下关于经典力学的时空观说法正确的选项是()A.经典力学的时空观中，同时是相对的，即在一个参考系中的观察者在某一时辰观察到的两个事情，对另一参考系中的观察者来说也是同时发作的B.在经典力学的时空观中，时间距离是相对的，即任何事情(或物体的运动)所阅历的时间，在不同的参考系中测量都是相反的，而与参考系的选取有关C.在经典力学的时空观中，空间距离是相对的，即假设各个参考系中用来测量长度的规范相反，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相对的时空观，时间与空间、物体的运动有关E.相对时空观以为，参考系不同，某事情阅历的时间也会不同【解析】 经典力学的时空观以为，时间、空间均是相对的，与物体的运动形状有关.同时也是相对的，即在一个参考系中同时发作的两个事情，对不同参考系中的观察者来说也是同时发作的，故A 、B 、D 均正确，C 、E 错误.【答案】 ABD6.用相对论的观念判别，以下说法正确的选项是( )【导学号：38910066】A.时间和空间都是相对的，在任何参考系中一个事情发作的时间和一个物体的长度总不会改动B.在空中上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C.在空中上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却觉失掉空中上的人看起来比飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v ≪c 时，〝时间收缩〞和〝长度收缩〞效果可疏忽不计E.狭义相对论的创立说明经典力学在任何状况下都不再适用【解析】 依照相对论的观念，时间和空间都是相对的，A 错误；由Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对飞船中的观察者运动，时钟准确，B 正确；由l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，空中上的人看飞船和飞船上的人看空中上的人都沿运动方向长度减小，C 正确；当v ≪c 时，〝时间收缩〞和〝长度收缩〞效果可疏忽不计，故D 也正确.在微观、低速状况下，经典力学仍适用，E 错误.【答案】 BCD7.在空中左近有一高速飞行的火箭，关于空中上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的选项是( )A.空中上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B.空中上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C.火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D.火箭上的人看空中物体长度变短，时间进程变慢了【解析】 由表达式Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，可知Δt ＞Δt ′，一个相对我们做高速运动的惯性系中发作的物理进程，在我们看来，它所阅历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物理进程所阅历的时间越长，故B 、C 、D 正确.【答案】 BCD8.A 、B 两架飞机沿空中上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且v A ＞v B ，关于在飞机上的人观察结果，以下说法正确的选项是( )A.A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的大B.A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的小C.两飞机上的人观察到足球场的长度相反D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相反E.A 飞机上的人观察B 飞机的长度和时间进程均有庞大变化【解析】 由l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2(其中l 0是相对足球场运动时的长度)，可以看出，速度越大，〝动尺变短〞的效应越清楚，选项B 正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直，所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相反，D 正确.因A 、B 两飞机有相对运动，所以E 正确.【答案】 BDE二、非选择题(此题共4小题，共52分)9.(10分)(1)假定宇宙飞船是全封锁的，宇航员和外界没有任何联络，宇航员如何判别使物体以某一减速度下落的力究竟是引力还是惯性力？(2)在一个减速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应通知我们什么？【解析】(1)宇宙飞船中的物体遭到以某一减速度下落的力能够是由于遭到某个星体的引力，也能够是由于宇宙飞船正在减速飞行.两种状况的效果是等价的，所以宇航员无法判别使物体以某一减速度下落的力是引力还是惯性力，即一个平均的引力场与一个做匀减速运动的参考系是等价的.(2)在一个减速运动的参考系中观察，光束会弯曲，由于减速运动的参考系中出现的惯性力等效于引力，使得光线发作弯曲.引力对光束的效应说明，引力的存在使空间变形.【答案】见地析10.(12分)一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90 m，相对空中以u＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过.(1)观测站测得飞船的船身经过观测站的时间距离是多少？(2)航天员测得飞船自身经过观测站的时间距离是多少？【导学号：38910067】【解析】(1)观测站测得船身的长度为L＝L01－u2c2＝901－0.82m＝54m，经过观测站的时间距离为Δt＝Lu＝54 m0.8c＝2.25×10－7 s.(2)航天员测得飞船船身经过观测站的时间距离为Δt′＝L0u＝90 m0.8c＝3.75×10－7 s.【答案】(1)2.25×10－7 s(2)3.75×10－7 s11.(14分)带正电的π介子是一种不动摇的粒子，当它运动时，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，并测出它从发生到衰变经过的平均距离为52 m.(1)问这些测量结果能否分歧？(2)计算相关于π介子运动的参考系中π介子的平均寿命是多少？【解析】 (1)依据时间距离的相对性，当π介子以u ＝0.99c 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Δ t ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝ 2.5×10－81－(0.99)2s ≈1.8×10－7s.在实验室中测得π介子经过的平均距离约为d ＝u Δt ＝0.99×3.0×108×1.8×10－7 m ≈53 m ，思索到实验误差，这一计算结果与测量结果分歧.(2)在相对π介子运动的参考系中观察，实验室的运动速率为u ＝0.99c ，而在实验室中测得π介子经过的距离为l 0＝52 m ，那么在相对π介子运动的参考系中测得实验室经过的距离为l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝52×1－0.992 m ＝7.3 m.实验室经过l 所用的时间就是π介子从发生到衰变的时间，即π介子的平均寿命为Δ t ＝l u ＝7.30.99×3.0×108 s ＝2.5×10－8 s. 【答案】 (1)分歧 (2)2.5×10－8 s 12.(16分)宇宙射线中有一种叫做μ子的粒子，在与μ子相对运动的惯性参考系中观测到，它平均经过2×10－6 s(其固有寿命)就衰变为电子和中微子.但是，这种μ子在大气中运动的速度十分大，可以到达v ＝2.994×108 m/s ＝0.998c .请剖析μ子在大气中可以运动多远的距离？【解析】 Δ t ′＝2×10－6s ，v ＝2.994×108 m/s.假设依照经典物理来看，μ子从发生到衰变的这段时间里平均走过的距离仅为l ′＝2.994×108×2×10－6m ≈600 m.依据狭义相对论，在空中的实验室中观测μ子的〝运动寿命〞为Δ t＝Δ t ′1－v 2c 2＝2×10－61－(0.998)2 s ≈3.16×10－5 s.因此μ子在大气中运动的距离应为l＝2.994×108×3.16×10－5m ≈9 500 m.【答案】 9 500 m。
2020学年高中物理第5章3奇特的相对论效应4走近广义相对论5无穷的宇宙随堂演练(含解析)沪科版选修3_4
奇特的相对论效应走近广义相对论无穷的宇宙1.（多选）按照爱因斯坦的广义相对论，下列说法中正确的是（）A.天体之间的引力作用是时空弯曲的原因B.光线经过太阳附近时会发生弯曲C.氢原子发射的光从太阳传播到地球时，它的频率要比地球上氢原子发射的光的频率低D.光在真空中是沿直线传播的解析：选ABC.根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力越强，弯曲越厉害，因此在地球上看到的星体位置与实际位置不符.在强引力的星球附近时间进程会变慢，相应的波长变长，频率变小，故A、B、C正确，D错误.2.1905年，爱因斯坦创立了“相对论”，提出了著名的质能方程，下列涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是（）A.若物体能量增大，则它的质量增大B.若物体能量增大，则它的质量减小C.若核反应过程质量减小，则需吸收能量D.若核反应过程质量增大，则会放出能量解析：选A.由E＝mc2可知，若E增大，则m增大；若E减小，则m减小.A正确，B错误.若m减小，则E减小；若m增大，则E增大.C、D均错误.3.（多选）下列说法中正确的是（）A.万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释B.电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释C.狭义相对论是惯性参考系之间的理论D.万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架解析：选BCD.狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动不能够超过光速影响到远处的另一个星球，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论，故选项A错误，B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论，故选项C正确.4.惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是图中的哪个（）解析：选C.飞行器与被测正方形沿x方向发生相对运动.由相对论时空观可知，在该方向上会发生长度收缩效应，因此该方向测得的长度小于l，y方向与相对运动方向垂直，故y方向上测得的长度仍为l，故正确答案为C.5.如图所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v B和v C 朝同一方向飞行的两枚火箭上，且v B <v C .地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？解析：如题图所示，地面上的观察者认为C 钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大.根据公式Δt ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢.地面上的钟的速度v ＝0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的钟走得最快.答案：时钟C 走得最慢 地面上的钟A 走得最快[课时作业]一、单项选择题1.A 、B 两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且v A >v B ，在飞机上的人观察结果正确的是（ ）A.A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的大B.A 飞机上的人观察到足球场的宽度比B 飞机上的人观察到的小C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同解析：选D.因为当一个惯性系的速度比较大时，根据l ＝l 01－v 2c2知，沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故A 、C 均错误；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，因此B 错误，D 正确.2.在适当的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光（ ） A.经太阳时发生了衍射 B.可以穿透太阳及其他障碍物 C.在太阳引力场作用下发生了弯曲 D.经过太阳外的大气层时发生了折射解析：选C.根据爱因斯坦的广义相对论，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候（如日全食时）通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C 正确.而A 、B 、D 均错误.3.大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸.除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的.上世纪末，对一A 型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀.面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀.如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R 和宇宙年龄t 的关系，大致是下面哪个图像（ ）解析：选C.在匀速膨胀过程R ＝vt ，在加速膨胀过程R ＝12at 2，C 对.4.已知太阳内部进行激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为 3.8×1026J ，则可算出（ ）A.太阳的质量约为4.2×106t B.太阳的质量约为8.4×106 tC.太阳的质量每秒钟减小约为4.2×106t D.太阳的质量每秒钟减小约为8.4×106 t解析：选C.由质能方程知太阳每秒钟内因辐射能量而失去的质量为Δm ＝ΔE c2＝4.2×109kg ＝4.2×106t.5.某航天员要到离地球5光年的星球上去，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为（ ）A.0.5cB.0.6cC.0.8cD.0.9c解析：选C.根据公式l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，另l ＝3光年，l 0＝5光年，就可求得v ＝0.8c .6.当物体以很大速度运动时，它的质量与静止质量m 0的关系是m ＝m 01－v 2c2，此时它的动能应该是（ ）A.12mv 2B.12m 0v 2 C.mc 2－m 0c 2D.以上说法都不对解析：选C.对于高速运动的物体，公式E k ＝12mv 2不再成立，只有当v ≪c 时，E k ＝12mv2才成立.二、多项选择题7.下列说法中正确的是（）A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B.空间与时间之间是没有联系的C.有物质才有空间和时间D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关解析：选CD.经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，其实是错误的，故A、B错误.因为相对论中空间和时间与物质的运动状态有关，在长度的相对性和时间的相对性上都得到了验证，C、D正确.8.关于质量和长度下列说法中正确的是（）A.物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物质本身的属性B.物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计C.物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D.物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计解析：选BD.物体长度、质量都与物体运动状态有关，只有在速度较低时变化可忽略.9.在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是（）A.船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B.船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的解析：选AD.因引力可以忽略，船外观察者在无引力场中观察光沿直线传播，而匀加速运动的飞船与一个引力场效果相同，引力场会使光线发生弯曲，所以航天员在引力场中看光应是沿曲线传播，故A、D正确，B、C错误.10.世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟和光钟.既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢.这种说法（）A.正确B.错误C.若变慢则变慢的程度相同D.若变慢则与钟的种类有关系解析：选AC.将不同类型的两架钟调整到相同，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子匀速运动.如果运动对一架钟的影响比另一架大，则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别，因而可以知道盒子是运动的，显然这违反了相对论的基本原理：一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态，还是匀速运动状态的.所以一架钟变慢时，所有钟必定都变慢，且变慢的程度一定严格相同.三、非选择题11.远方的一颗星以0.8c 的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？解析：时间进程要是能感觉出来必须是两个参考系的相对速度很大，大到能和光速相比.由Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2得到Δt ′＝Δt1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝3昼夜.答案：3昼夜12.一枚静止时长30 m 的火箭以3 km/s 的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的二分之一呢？解析：火箭相对于火箭上的人是静止的，所以不管火箭的速度是多少，火箭上的人测得的火箭长与静止时相同，为l ′＝30 m.如果火箭的速度为v ＝3×103m/s ，地面观察者测得的火箭长l 为：l ＝l ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝30×1－⎝ ⎛⎭⎪⎫3×1033×1082m ＝30×1－1.0×10－10 m. 如果火箭的速度为v ＝c2，地面观察者测得的火箭长l 为：l ＝l ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝30× 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫c /2c 2m ≈26 m. 答案：见解析。
2019沪科版高中物理选修3-4全册内容综合测试试题含答案
绝密★启用前2019沪科版高中物理选修3-4全册内容综合测试题本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)1.下列有关电磁波和光现象的说法中正确的是()A．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，并计算出了电磁波的速度B．刮胡刀刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象C．水的视深比实际深度浅是光的全反射现象D．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率小【答案】A【解析】麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，并指出电磁波的速度与光速相同，故A正确；刮胡刀刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象造成的，故B错误；水的视深比实际深度浅是光的折射现象形成的，故C错误；光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，使光在接触面上发生全反射，故D错误．2.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图，下列关于所标质点的振动方向的描述正确的是()A．质点a向上运动B．质点b向上运动C．质点c向上运动D．质点d向下运动【答案】C【解析】由波的传播方向知，波源在左侧，找a左侧邻近的a′点，由题图可知a′点在a点的下方，则a点向下运动，同理得b点的运动方向向下，c点、d点的运动方向都向上，故只有C正确．3.关于多普勒效应，下列说法正确的是()A．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化B．产生多普勒效应的原因是观察者或波源发生运动C．甲、乙两列车相向行驶，两车均鸣笛，且所发出的笛声频率相同，那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率D．哈勃太空望远镜发现所接收到的来自于遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的波长均变长(称为哈勃红移)，这说明该星系正在远离我们而去【答案】D【解析】产生多普勒效应的原因是观察者和波源间发生了相对运动，A、B错；甲、乙两列车相向行驶，两车均鸣笛，且所发出的笛声频率相同，根据多普勒效应乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率高于他所听到的乙车笛声频率，C错；具有波动性的光也会出现这种效应，由公式，如果恒星远离我们而去，f变小，λ变大，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；反之，如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移，D对．4.振动的物体都具有周期性，若简谐运动的弹簧振子的周期为T，那么它的动能、势能变化的周期为()A． 2TB．TC．D．【答案】C【解析】振动中动能、势能相互转化，总机械能不变，动能和势能为标量，没方向，C正确．5.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则()A．该棱镜的折射率为B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变大D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行【答案】A【解析】由几何知识得：光线在AB面上入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，则折射率为n＝＝.故A正确．光线在F点的入射角与AB面上的折射角相等，根据光路可逆性原理，得知光在F点不可能发生全反射，而且从F点出射的光束与BC的夹角为θ，所以从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行．故B、D错误．光从空气进入棱镜，频率不变，波速变小，由公式v＝λf得知，波长变小．故C错误．故选A.6.用MN表示A、B两种介质的分界面，下图表示射向分界面的一束光线发生反射和折射时的光路图．则其中正确的判断是()A．两介质相比，A是光疏介质，B是光密介质B．光由B进入A时有可能发生全反射C．光由A进入B时不可能发生全反射D．光在介质B中的传播速度大于在介质A中的传播速度【答案】D【解析】因为折射角大于入射角，知A是光密介质，B是光疏介质．故A错误．因为A的折射率大于B的折射率，所以光从A进入B可能发生全反射，从B进入A不可能发生全反射．故B、C 错误．因为B的折射率小，根据v＝，知光在介质B中传播的速度大．故D正确．故选D.7.以下说法正确的是()A．光的偏振现象说明光是一种横波B．麦克斯韦的电磁场理论说明有电场就会产生磁场，有磁场就会产生电场C．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关D．光导纤维中内芯的折射率小于外套的折射率【答案】A【解析】8.如图所示，已知介质Ⅰ为空气，介质Ⅱ的折射率为，则下列说法中正确的是()A．光线a，b都不能发生全反射B．光线a，b都能发生全反射C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射【答案】A【解析】根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时，介质Ⅱ对空气Ⅰ来说是光密介质，所以光线b可能发生全反射，临界角为：sin C＝＝，C＝45°.图中光线b与界面的夹角60°，而此时的入射角为30°＜45°，故光线b也不能发生全反射，故正确选项为A.9.下列说法中正确的是()A．麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在B．电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程C．电磁波是横波能够发生干涉和衍射现象D．激光全息照相利用了激光的方向性好的特点【答案】C【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首先通过实验证实了电磁波的存在．故A错误．电磁波的接收要经过调谐和解调两个过程，调谐是指让接收到的电磁波达到电谐振；调制是发射过程中需要的，故B错误．电磁波是横波，干涉和衍射是波特有的现象，故C正确．激光全息照相利用了激光的相干性好的特点，故D错误．10.在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中，错误的说法是()A．爱因斯坦认为在真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的B．哥白尼提出了“地心说”C．德国天文学家开普勒发现了行星运动定律D．英国物理学家牛顿总结出了万有引力定律【答案】B【解析】爱因斯坦创立了相对论，认为在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；哥白尼提出了“日心说”，故B错误；开普勒发现了行星运动的三大定律，故C正确；牛顿总结出了万有引力定律，故D正确．本题选择错误的，故选B.11.下列说法正确的是()A．捕鱼人在岸上不同的位置看到水中静止的鱼的位置不变B．清晨人们刚刚看到太阳从地平线上升起时实际太阳还在地平线以下C．在光的反射现象中光路是可逆的，但光的折射现象中光路是不可逆的D．光从玻璃射入空气时红光比紫光发生全反射的临界角小【答案】B【解析】如图所示，水中鱼反射出的光，在水面处发生了折射，光有水斜射入空气时发生折射，折射角大于入射角，人认为光是沿直线传播的，所以逆着折射光线看上去，看到的A′是变浅的鱼的虚像．捕鱼人在岸上不同的位置时，射入人眼的折射光线方向不同，则看到的鱼的位置不同；故A错误．早晨看太阳从地平线刚刚升起时，由于大气层的折射现象，实际上它还处在地平线的下方，故B正确．在光的反射现象和折射现象中光路都是可逆的，故C错误．由临界角公式sin C＝知，n越小，临界角C越大．由于红光的折射率比紫光的小，所以光从玻璃射入空气时红光发生全反射的临界角比紫光的大，故D错误．故选：B.12.关于振幅的各种说法中，正确的是()A．振幅是振子离开平衡位置的最大距离B．在机械振动的过程中，振幅是不断变化的C．振幅越大，振动周期越长D．在弹簧振子振动一个周期的过程中，振子经过的路程等于振幅的2倍【答案】A【解析】振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅，故A正确；在机械振动的过程中，振子离开平衡位置的最大距离叫做振幅，可以不变，故B错误；周期由系统内部因素决定，与振幅无关，故C错误；在弹簧振子振动一个周期的过程中，振子经过的路程等于振幅的4倍，即4A，故D错误，故选A.13.关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验，下列说法正确的是()A．光源与屏之间应依次放置双缝、滤光片、单缝B．光源与屏之间应依次放置滤光片、双缝、单缝C．实验中，若仅将绿色滤光片改为红色滤光片，则屏上的干涉条纹间距将变宽D．实验中，若仅将绿色滤光片改为红色滤光片，则屏上的干涉条纹间距将变窄【答案】C【解析】本实验先由滤光片得到单色光，再经单缝形成线光源，最后经过双缝，得到频率相同的光进行干涉，故光源与屏之间应依次放置：滤光片、单缝、双缝，故A、B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，增大双缝与屏间的距离、减小双缝间距或换波长较长的光照射，都可以增大条纹的间距，故C正确，D错误．14.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是()A．麦克斯韦首先通过实验发现了电磁波B．电磁场是一种物质，不能在真空中传播C．电视机接收到高频信号后，依次经过调谐、解调，再将图象信号送到显像管D．电磁波由真空进入介质，传播速度变大，频率不变【答案】C【解析】麦克斯韦的预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在．故A错误；电磁波自身是一种物质，传播不需要介质，可以在真空中传播．故B错误；电视机接收到高频信号后，依次经过调谐、解调，再将图象信号送到显像管．故C正确；电磁波由真空进入介质，传播速度变小，频率不变．故D错误．15.一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示，再经0.6 s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为()A．A＝0.5 m，f＝2.5 HzB．A＝0.5 m，f＝5 HzC．A＝1 m，f＝2.5 HzD．A＝1 m，f＝5 Hz【答案】A【解析】振幅等于位移的最大值，由图读出振幅A＝0.5 m，波长为λ＝4 m波速v＝＝m/s＝10 m/s.又由波速公式v＝λf，该波的波长λ＝4 m，则频率f＝＝Hz＝2.5 Hz.16.在飞机的发展中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼(翅膀)很快就抖动起来，而且越抖越厉害．后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法，解决了这一问题．在飞机机翼前装置配重杆的目的主要是()A．加大飞机的惯性B．使机体更加平衡C．使机翼更加牢固D．改变机翼的固有频率【答案】D【解析】飞机机翼抖动厉害是因为受到的驱动力频率与其固有频率接近或相等时，发生了共振．通过安装配重杆改变其固有频率，可以解决此问题，故D项对．17.一弹簧振子由平衡位置开始做简谐运动，并把此时作为计时零点，其周期为T.则振子在t1时刻(t1＜)与t1＋时刻相比较，相同的物理量是()A．振子的速度B．振子的加速度C．振子的回复力D．振子的动能【答案】D【解析】根据周期性和对称性可知，两时刻的时间间隔为，则可知两点的位移大小相等，方向相反，速度大小相等，方向相反，此时加速度大小相等，方向相反，只有动能相等．18.半径为R的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n＝，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为()A．B．C．D．R【答案】B【解析】光路图如图所示，可知θ1＝60°由折射率n＝＝，可得θ2＝30°由几何关系得：光线射到底边上时的入射角θ3＝30°光线在底边折射时，由折射定律得n＝可得：θ4＝60°由几何知识得：CO＝CB，所以OC＝＝R在△OCD中可得：所求距离d＝OD＝OC tan 30°＝，故A、C、D错误，B正确．故选B.19.如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷．设两列波的振幅均为5 cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1 m/s和0.5 m．C点是BE连线的中点，下列说法不正确的是()A．从图示的时刻起经0.25 s后，B处质点通过的路程为20 cmB．从图示的时刻起经0.25 s后，A处质点的位移为0C．图示时刻C处质点正处在平衡位置且向波峰运动D．图示时刻A、B两处质点的竖直高度差为20 cm【答案】B【解析】在图中设定点中，A、E点波峰与波峰相遇，是振动加强点．B点是波谷与波谷相遇点，是振动加强点；而D、F、P、Q是波峰与波谷相遇点，则它们是振动减弱点．波速和波长分别为1 m/s和0.5 m，则周期是0.5 s．从图示的时刻起经0.25 s，即半个周期后，B处质点为振动加强点，振幅为10 cm，通过的路程为2倍的振幅20 cm，故A正确；此刻A正处在波峰，从图示的时刻起经0.25 s后，A处质点的位移为负的最大值，故B错误；图示时刻C处质点正处在平衡位置，E 靠近波源，C重复E点的运动，所以向波峰运动，C正确；图示时刻A在波峰、B质点在波谷，竖直高度差为20 cm，D正确．故选B.20.如图所示，A、B两个物块之间用轻弹簧相连，第一次A在上，B在下；第二次B在上，A在下；且mA＞mB，分别用力F2和力F1作用在A、B上，使下面的物块刚好离开地面，且系统处于静止状态，现撤去F1、F2，A、B物体可以沿竖直方向做简谐运动，A、B物体向下运动时下降的最大距离分别为h1和h2，则下列说法正确的是()A．F1＜F2B．F1＞F2C．h1＝h2D．h1＞h2【答案】C【解析】对两个物体的整体分析，受重力和拉力，根据平衡条件，有：F＝(mA＋mB)g，故F1＝F2，故A、B错误；对于左图，开始时弹簧的压缩量为：x1＝；刚要离地时弹簧的伸长量为：x2＝，故：h1＝2(x1＋x2)＝；同理，有：h2＝；故h1＝h2，故C正确，D错误．第II卷二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)21.如图所示，列车以速度v匀速运动，在车厢里的人量得车厢高为d，一相对于车厢静止的尺子的长度为L0.请思考：(1)地面上的人量得的车厢高度为多少？(2)地面上的人测得的尺子的长度为多少？【答案】(1)d(2)L0【解析】(1)由于在竖直方向上车厢没有运动，所以地面上的人量得车厢高度仍为d；(2)由长度的相对性，所以L＝L022.某个质点的简谐运动图象如图所示，求振动的振幅和周期．【答案】10cm8 s【解析】由图读出振幅A＝10cm简谐振动方程x＝A sin(t)代入数据－10＝10sin(×7)，得T＝8 s.23.如图所示，OA为一单摆，B是穿在一根较长细线上的小球，让OA偏离竖直方向一很小的角度，再放手让A球向下摆动的同时，另一小球B从与O点等高处由静止开始下落，当A球摆到最低点时，B球也恰好到达与A同一水平面处，求B球下落时受到的细线的阻力大小与B球重力大小之比．(取g＝10 m/s2，π2＝10)【答案】1－(n＝0,1,2,3，…)【解析】让OA偏离竖直方向一很小的角度，再放手让A球向下摆动，当A球摆到最低点时，第一次到达最低点的时间为t1＝T＝×2π＝，第二次到达最低点的时间为t2＝T＝，第三次到达最低点的时间为t3＝T＝，以此类推，A球摆到最低点的时间t＝π，(n＝0,1,2,3，…)对B球分析，设B球受到细线的阻力大小为F f，B球质量为m因此下落的加速度为a＝L＝at2即L＝××(π)2可得：＝1－，(n＝0,1,2,3，…)．24.如图所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分线OM 的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB.(1)求介质的折射率．(2)折射光线中恰好射到M点的光线________(填“能”或“不能”)发生全反射．【答案】(1)(2)不能【解析】依题意作出光路图(1)由几何知识可知，入射角i＝60°，折射角r＝30°根据折射定律得n＝代入数据解得n＝.(2)不能．。
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5.4-5.5 走近广义相对论无穷的宇宙
[学习目标定位] 1.了解广义相对论的两个基本原理.2.初步了解广义相对论的几个结论及主要观测证据.3.了解宇宙的演化．
1．超重：在一个具有向上的加速度的系统中，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象．
2．广义相对论的两条基本原理
(1)广义相对性原理：在任何参考系中(包括惯性参考系)，物理过程和规律都是相同的．
(2)等效原理：一个均匀引力场与一个做加速运动的参考系等价．
3．广义相对论的预言与证实
天体间的引力作用使时空弯曲，引力场存在时，光线弯曲、光在传播时频率变低(引力红移)，这些结论通过宇宙中观测到的一些现象(比如：行星轨道不是严格封闭的，宇宙中的“海市蜃楼”、太阳光谱中的钠谱线的引力红移等)得到证实．
4．无穷的宇宙
关于宇宙的起源，目前比较有影响的理论是物理学家伽莫夫的宇宙大爆炸学说．该理论认为，宇宙从最初的温度极高、密度极大、体积极小开始，随着爆炸的发生，不断地向各个方向迅速膨胀．
宇宙演化的过程是：从粒子到恒星到黑洞.
一、广义相对论的两个基本原理
[问题设计]
乘电梯时，当电梯开始启动上升时，你有什么感受？如果电梯一直加速上升，你又会有什么感受？答案电梯启动实际上是一个加速过程，正是这个加速度使你感到被向下压，产生沉重的感觉，即出现超重．也就是说，在电梯加速上升时，好像地球对你的引力增加了，因此，我们完全可以认为，电梯这个加速参考系就相当于给你加上了一个均匀向下的引力．
[要点提炼]
广义相对论的两个基本原理
1．广义相对性原理：在任何参考系中(包括惯性参考系)，物理过程和规律都是相同的．
2．等效原理：一个均匀引力场与一个做加速运动的参考系等价．
例1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．根据这一现象航天员能判断飞船处于某一星球表面吗？
解析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意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某个行星的表面．
答案不能
二、广义相对论的预言与证实
[问题设计]
你知道广义相对论的一些有趣的结论吗？
答案时空弯曲、光线弯曲、引力红移
[要点提炼]
广义相对论的几个结论
1．时空弯曲：广义相对论认为，时空不是平直的，而是弯曲或“扭曲”的，扭曲的根本原因在于时空中物质的质量或能量的分布．如果质量越大，时空弯曲的程度也就越大．
2．光线弯曲：在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的．
3．引力红移：在强引力场中，时钟要走得慢些．因此，光在引力场中传播时，它的频率会变低，波长会变长．
例2按照爱因斯坦的广义相对论，下列说法中正确的是()
A．天体之间的引力作用是时空弯曲的原因
B．光线经过太阳附近时会发生弯曲
C．氢原子发射的光从太阳传播到地球时，它的频率要比地球上氢原子发射的光的频率低
D．光在真空中是沿直线传播的
解析根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力越强，弯曲越厉害，因此在地球上看到的星体位置与实际位置不符．在强引力的星球附近时间进程会变慢，光线的波长变长，频率变小，故A、B、C正确，D错误．
答案ABC
三、无穷的宇宙
[问题设计]
关于宇宙起源，目前比较有影响的理论是什么？
答案比较有影响的理论是宇宙大爆炸学说，即我们的宇宙是从一个尺度极小的状态发展演化出来的.1929年美国天文学家哈勃发现银河系以外的大多数星系都在远离我们而去，距离越远，离开的速度越大，后来的分析表明，这是由于我们所处的宇宙正在膨胀，因此星系间距离在不断增大，在任何地方看起来，其他星系都在远离自己．
[要点提炼]
1．宇宙的起源
(1)关于宇宙起源，目前最有影响的理论是宇宙的大爆炸学说．
(2)宇宙大爆炸的证据：宇宙空间存在当时产生的微波辐射．
2．宇宙的演化
(1)天文学家哈勃用望远镜对远距离星云观测时发现遥远的恒星发出的光谱线普遍存在“红移”现象．这一现象表明：那些恒星正离我们远去，也说明星系系统处于一种膨胀状态．
(2)在宇宙演化过程中，黑洞是恒星演化的结果．
(3)黑洞本身不能发出光线，所以不可能直接显示它的存在．但是，可以观察到它巨大的引力场对周围物质产生的效应．
例3观察遥远的恒星发出的光谱会出现“引力红移”说明什么？
答案根据多普勒效应，如果恒星向着我们运动，光的颜色偏蓝；如果恒星离我们而去，光的颜色偏红．遥远的恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，其波长变长，即向红色的一端移动，这说明：不管往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去．
1．宇宙的大爆炸学说是俄裔美国物理学家______提出的．
答案伽莫夫
2．黑洞是________演化的结果．
答案恒星
3．广义相对论的两个基本原理是指()
A．光速不变原理
B．广义相对性原理
C．等效原理
D．同时的相对性
答案BC
解析根据广义相对论基本原理内容．
4．下列说法中正确的是()
A．物质的引力使光线弯曲
B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢
D．广义相对论可以解释引力红移现象
答案ACD
解析由广义相对论的几个结论可知A、C、D正确．。