人教版高中物理选修3-4第十五章 相对论简介测试含答案和详细解析

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2020年秋人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介测试
本试卷共100分，考试时间120分钟。

一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.如图所示，鸡蛋和乒乓球都静止在地面上，关于二者所具有的能量关系，下列说法中正确的是()
A．鸡蛋大
B．乒乓球大
C．一样大
D．无法进行比较
2.如图，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．以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是()
A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它
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
C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖
D．所有这些都与观察者的运动情况有关
3.在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的()
①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速；②质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变；③惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的
时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些．
A．①③是正确的
B．①②是正确的
C．①②③是正确的
D．②③是正确的
4.下列说法正确的是()
A．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一
B．由相对论知：m＝，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大
C．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了D．根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是不同的
5.经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动，这里的“高速”是指()
A．声音在空气中的传播速度
B．第一宇宙速度
C．高铁列车允许行驶的最大速度
D．接近真空中光的传播速度
6.下列说法正确的是()
A．开普勒发现了万有引力定律
B．牛顿测定了万有引力常量
C．爱因斯坦建立了狭义相对论
D．物体高速(接近光速)运动时，其长度与运动状态无关
7.下列说法正确的是()
A．机械波能发生多普勒效应，电磁波则不能
B．全息照片利用了激光平行度好的特点
C．考虑相对论效应，沿杆方向高速运动的杆长度比静止时短
D．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窄
8.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、质量相互转化的理论
9.经典力学规律不适用于()
A．子弹的飞行
B．飞船绕地球的运行
C．列车的运行
D．粒子以接近光速运动
10.世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟．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．这种说法是()
A．对的，对各种钟的影响必须相同
B．不对，不一定对所有的钟的影响都一样
C． A和B分别说明了两种情况下的影响
D．以上说法全错
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)以下物理学知识的相关叙述中，正确的是()
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在
C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理
D．在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜
12.(多选)在一列相对于地面速度为v的高速行驶的火车上，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，根据相对论速度叠加公式，下列说法正确的()
A．人相对于地面的速度小于人的速度和火车的速度之和
B．人相对于地面的速度大于人的速度和火车的速度之和
C．只要人和火车的速度足够大，人相对于地面的速度可以超过光速
D．不管人和火车的速度多大，人相对于地面的速度都小于光速
13.(多选)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
14.(多选)对于公式m＝，下列说法中正确的是()
A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B．当物体运动速度v＞0时，物体的质量m＞m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，所以在分析地球上物体的运动时，
不必考虑质量的变化
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.一被加速器加速的电子，其能量为3.00×109eV，试问
(1)这个电子的动质量是其静质量的多少倍？
(2)这个电子的速率是多少？(m0＝0.91×10－30kg，c＝3×108m/s)
16.在地面上有一长为100 m的跑道，运动员从起点跑到终点，用时为10 s，现在以0.8c速度沿跑道向前飞行的飞船中观察跑道有多长？
17.在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m．当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？
18.电子的静止质量为m0＝9.11×10－31kg.试分别用焦耳和电子伏为单位来表示电子的静质能．
答案解析
1.【答案】A
【解析】物体所具有的能量和其质量有关，根据质能方程，质量越大，所具有的能量越大，所以鸡蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量．
2.【答案】D
【解析】如果观察者是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全在管子内部．然而当观察者和梭镖一起运动时，观察者看到的管子就缩短了，所以在某些位置，观察者可以看到梭镖两端都伸出管子．则D正确，A、B、C错误．3.【答案】C
【解析】由爱因斯坦狭义相对论可知，①②③说法均对，故正确答案为C.
4.【答案】A
【解析】A.狭义相对论的两个基本假设是：光速不变原理和狭义相对性原理，故A正确；B.狭义
相对论公式m＝中，光速是物体速度的极限，不可能达到，故B错误；C.根据相对论，
有运动延迟效应和长度缩短效应，故在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了，故C错误；D.根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是相同的，故D错误．
5.【答案】D
【解析】相对论的创始人是爱因斯坦，据相对论理论，时间、空间与物体的运动速度有关，如：相对质量公式为：m＝，m0是物体静止时的质量，m是物体运动时的质量，v是物体运
动的速度，c是光速．所以这里的“高速”应该是指接近真空中光的传播速度，故D正确，A、B、C 错误．故选D.
6.【答案】C
【解析】牛顿发现了万有引力定律之后，卡文迪许用扭秤实验首先测出了万有引力常量，故A、B 错误；爱因斯坦建立了狭义相对论和广义相对论，故C正确；根据相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都与物体的速度有关，都是相对的，故D错误．故选C.
7.【答案】C
【解析】A.声波和电磁波都能发生多普勒效应．多普勒效应是波的特有现象，故A错误；B.全息照片利用了激光相干性好的特点，故B错误；C.根据相对论效应，L＝L0知，沿自身长度方向高速运动的杆比静止时短，故C正确；D.光的双逢干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，波长变长，根据条纹间距Δx＝λ可知，干涉条纹间距变宽，故D错误. 故选C.
8.【答案】A
【解析】爱因斯坦相对论揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
9.【答案】D
【解析】经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行，经典力学能适用，故A、B、C错误；粒子以接近光速运动，对于微观的情形经典力学不适用，故
D正确．
10.【答案】A
【解析】根据爱因斯坦相对论的钟慢效应可知，若钟与观察者有相对运动，所有的钟都会变慢，而且变慢程度相同，这个结论与钟的构造、原理无关，故A正确，B、C、D错误．
11.【答案】ABD
【解析】A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，A错误；B.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故B正确；C.交警通过发射超声波测量车速是利用了多普勒效应，C错误；D.为了减少实验误差，测量时间的计时起始位置应为平衡位置，因为摆球经过平衡位置时速度最大，相同的视觉距离误差，引起测量的时间误差最小，故D正确；故选ABD.
12.【答案】AD
【解析】根据相对论速度变换公式得：他相对地面的速度u＝＜u′＋v，故A正确；由光速不变原理可知D正确，故答案为A、D.
13.【答案】AD
【解析】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，故A正确，B错误；
C.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，故C错误，D正确．故选A、
D.
14.【答案】CD
【解析】公式中的m0是物体静止时的质量，选项A错误；在v远小于光速时，质量的变化不明显，经典力学依然成立，选项C、D正确，A、B错误．
15.【答案】(1)5.86×103(2)0.999 999 985c
【解析】(1)由相对论质能关系E＝mc2和E0＝m0c2
可得电子的动质量m与静质量m0之比为
＝＝≈5.86×103.
(2)由相对论质速关系
m＝可得，v＝c＝0.999 999 985c.
16.【答案】60 m.
【解析】设在以0.8c速度沿跑道向前飞行的飞船中观察跑道的长为l′，跑道的原长为l0，
根据相对长度的公式：
l＝l0＝60 m.
17.【答案】10 m80 m
【解析】因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应有l＝l0＝100×m＝80 m．所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m.
18.【答案】8.2×10－14J0.51 MeV
【解析】由质能方程得
E0＝m0c2＝9.1×10－31×(3.0×108)2J≈8.2×10－14J＝eV≈0.51 MeV.。