人教版高中物理选修3-4 第十五章 相对论简介 测试含答案及详细解析

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人教版高中物理选修3-4 第十五章相对论简介测试
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分
第Ⅰ卷
一、单选题(共15小题,每小题4.0分,共60分)
1.关于狭义相对论，以下说法中正确的是()
A．在不同的惯性系中测量，光速是不同的
B．在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中，时钟会变慢
C．在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船沿速度方向的长度会变长
D．牛顿第二定律在不同的惯性系中有不同的表述方式
2.一个电子的运动速度为0.6c，则该电子的动能约为(电子的静止能量为0.51 MeV)() A． 0.13 MeV
B． 0.21 MeV
C． 0.34 MeV
D． 0.45 MeV
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得的物体的长度都是一样的C．由E＝mc2可知，质量可转变成能量
D．物体的速度越大，质量也变得越大
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.以下说法正确的有()
A．在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时钟变快了
B．可以通过多普勒效应测量运动物体的速度
C．微波的频率大于X射线的频率
D．如果摆钟变快了，可以通过适当减少摆的长度校准摆钟
6.在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观察，结果是()
A．一定同时
B．可能同时
C．不可能同时，但可能同地
D．不可能同时，也不可能同地
7.已知太阳内部进行着激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为4×1026J，则可算出()
A．太阳的质量约为4.4×106t
B．太阳的质量约为8.8×106t
C．太阳的质量每秒减少约为4.4×106t
D．太阳的质量每秒减少约为8.8×106t
8.下列哪些不是“相对论”的内容()
A．狭义相对性原理
B．“尺缩效应”
C．动钟变慢
D．质量不变，因为它是物体的固有属性，与运动状态无关
9.如果宇航员驾驶一艘宇宙飞船，以接近光速的速度朝某一星球飞行，他是否可以根据下列变化感觉到自己在运动()
A．身体质量在减小
B．心脏跳动变慢
C．身体质量在增加
D．永远不可能由自身的变化知道他是否在运动
10.在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是()
A．u＝u′＋v
B．u＜u′＋v
C．u＞u′＋v
D．以上均不正确
11.假想某人做一次高速的太空旅行返回到地球，从出发到返回他带的手表正好显示是1年，根据爱因斯坦的相对论观点，则地球上经过的时间是()
A．也是1年
B．小于1年
C．大于1年
D．都有可能
12.在日全食的时候，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
13.如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为光速)的飞船同向运动．则下列说法中正确的是()
A．乙观察到甲身高变高
B．甲观察到乙身高变低
C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快
D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c
14.下列说法正确的是()
A．空中绕地球运行的卫星的质量比静止在地面上时大得多
B．爱因斯坦质能方程E＝mc2中的m是物体静止时的质量
C．爱因斯坦指出：对不同的惯性系，物理规律是不一样的
D．光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的
15.质子在加速器中被加速，当其动能为静止能量的4倍时，其质量为静止质量的几倍()
A． 4
B． 5
C． 6
D． 8
第Ⅱ卷
二、计算题(共3小题,每小题10分,共30分)
16.一个以2×108m/s的速度运动的球，半径为a，试分析静止着的人观察球会是什么样的形状？
17.假如有一对孪生兄弟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)，而后又飞回地球．根据A在地球上的观测，大角星离地球有40光年远，这次B往返飞行经历时间为80.8年．如果B在离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当B回到地球时，他们的年龄各有多大？
18.电子静止时质量为9.1×10－31kg，一个电子被电压为106V的电场加速后，其质量为多少？速度为多大？
三、填空题(共2小题,每小题5.0分,共10分)
19.下列说法正确的是________．
A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
B．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
C．做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏P上观察到干涉条纹，用红光代替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样
D．相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了
E．在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短
20.经过证明，物体运动时的质量m与静止时的质量m0________(填“相同”或“不相同”)，两个质量满足的关系为________．从上式可以看出，当物体的速度很大时(接近光速)，物体的质量明显__________静止时的质量．
答案解析
1.【答案】B
【解析】A.根据爱因斯坦狭义相对论的光速不变原理，知真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故A错误；B.根据狭义相对论的钟慢效应可知，在地面上的观测者看来，接近光速飞行的飞船中时钟会变慢，故B正确；C.按照狭义相对论的尺缩效应，接近光速飞行的飞船沿速度方向的长度总比静止时的短，故C错误；D.根据爱因斯坦狭义相对论的相对性假设，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D错误．故选B.
2.【答案】A
【解析】由于此时电子的动能特别大，其速度接近光速，设该速度为v，因此电子的质量：m＝
＝1.25m0
电子的动能：E k＝0.25m0c2
将电子的静止能量为0.51 MeV代入上式，得：E k＝0.25E0≈0.13 MeV.
3.【答案】D
【解析】由相对论的结论可知，D正确．
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】B
【解析】A.根据Δt＝可知，在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时钟变慢了，故A错误；B.可以通过多普勒效应测量运动物体的速度．故B正确．C.微波的频率小于X射线的频率，故C错误；D.如果摆钟变快了，则摆动的周期变小了，根据T＝2π知，可以增大摆长校准摆钟，故D错误．
6.【答案】B
【解析】两个相对静止的惯性系观测结果相同，其他则不同，故B正确．
7.【答案】C
【解析】由质能方程ΔE＝Δmc2得：Δm＝＝kg＝4.4×109kg＝4.4×106t，故只有C 选项正确．
8.【答案】D
【解析】由m＝知，质量与物体的运动速度有关，故D选项不是相对论中的内容．9.【答案】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．
10.【答案】B
【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、C、D错误，B正确．
11.【答案】C
【解析】由于人高速在太空中运动，故他的手表走的要比地球的上低速运行的手表慢一些．故可知，地球的时间一定大于1年．
12.【答案】C
【解析】根据爱因斯坦的广义相对论可知，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，A、B、D均错．
13.【答案】D
【解析】因为人的身高是垂直于物体速度方向的，所以没有尺缩效应，即甲、乙观察到对方身高不变，故A、B错误；根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙相对于甲的速度更大，因此可以推测，乙观察到甲动作变慢；根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为c，故D正确，故选D.
14.【答案】D
【解析】A.由于卫星的速度仍远小于光速，故其质量并不比地面上质量大很多，故A错误；B.静止的物体和运动的物体都具有能量，故B错误；C.爱因斯坦狭义相对论提出：对不同的惯性系，物理规律是相同的，爱因斯坦广义相对论提出：对不同的参考系，物理规律是相同的，故C错误；
D.光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的，故D正确．故选D
15.【答案】B
【解析】E k＝E－E0＝mc2－m0c2
E k＝4E0，则m＝5m0.
16.【答案】长轴为2a，短轴为1.49a的椭球体
【解析】由长度相对公式有l＝l0，v一定，球沿运动方向上的长度成比例地减小，球
沿运动方向的最大长度为l＝2a·＝2a·＝1.49a，垂直于球运动方向，球的长度不变为2a.因此静止的人观察球的形状会是长轴为2a，短轴为1.49a的椭球体．17.【答案】A的年龄为100.8岁，B的年龄为55.2岁
【解析】设B在飞船惯性系中经历时间为t′
根据Δt＝
即80.8年＝
解得：t′＝35.2年
所以B回到地球时的B的年龄为20岁＋35.2岁＝55.2岁，A的年龄为20岁＋80.8岁＝100.8岁．18.【答案】2.69×10－30kg0.94c
【解析】E k＝eU＝1.6×10－19×106J＝1.6×10－13J.
E k＝mc2－m0c2，
m＝＋m0＝kg＋9.1×10－31kg≈2.69×10－30kg.
由m＝得，
v＝c≈0.94c.
19.【答案】ACE
【解析】A.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，故A正确；B.全息照相不是利用全反射，而是利用了激光相干性
好的特点，故B错误．C.由Δx＝λ可知用红光代替绿光照射单缝，将得到相邻条纹间距更大的干涉图样，故C正确；D.相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上没有变扁，因为只有在高速运动方向上，长度才会变短，故D错误；E.在真空中传播的电磁波，它的传播速度不变，由v＝λf可知，当它的频率增加时，波长变短，故E正确．
20.【答案】不相同，m＝，大于
【解析】根据爱因斯坦的理论，设一个物体静止时的质量为m0(又称为静质量)，当它以速度v运动时的质量为m(又称为动质量)，则动质量与静质量及其速度的关系遵循以下规律：m＝
(其中c为光速)；在低速(相对光速而言)范围内，物体的动质量与静质量相差甚微，
其差值可以忽略不计，因此在低速范围内研究宏观物体的运动情况时，可以认为物体的质量是不变的，是常数．当物体的速度很大时(接近光速)，物体的质量明显大于静止时的质量．。