人教版高中物理选修3-4第十五章《相对论简介》单元检测题含答案解析

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2019人教版高中物理选修3-4第十五章《相对论简介》单元检测
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.如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A、B、C三个时钟，下列说法正确的是()
A．A时钟走得最慢，B时钟走得最快
B．A时钟走得最慢，C时钟走得最快
C．C时钟走得最慢，A时钟走得最快
D．B时钟走得最慢，A时钟走得最快
2.在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，一只小猫在车厢后端出生，闪光到达车厢前壁时，两只小鸡在车厢前端出生．则()
A．在火车上的人看来，一只小猫先出生
B．在火车上的人看来，两只小鸡先出生
C．在地面上的人看来，一只小猫先出生
D．在地面上的人看来，两只小鸡先出生
3.一张长方形宣传画长5 m、高3 m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以0.8c的速度路过此宣传画，这张画由司机测量的图形是()
A．边长为3 m的正方形
B．长为3 m、高为1.8 m的长方形
C．长为5 m、高为1.8 m的长方形
D．长轴为3 m、短轴为1.8 m的椭圆形
4.按照相对论的观点，下列说法正确的是()
A．物体运动时的质量总是小于其静止时的质量
B．物体运动时的质量总是等于其静止时的质量
C．真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的
D．真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的
5.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
6.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
7.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
8.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
9.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．地面上静止的人观察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l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0
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
10.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
11.某火箭在地面上的长度为L0，发射后它在地面附近高速(约0.3c)飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是()
A．下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变快了
B．下方地面上的人观察到火箭变短了
C．火箭上的人观察到火箭变短了
D．火箭上的人看到下方地面上的所有物体都变短了
12.据报道，欧洲大型强子对撞机开足马力可以把粒子加速到光速的99.9%，单束粒子能量可达到7万亿电子伏特．下列说法正确的是()
A．如果继续对粒子加速，粒子速度可以达到光速
B．如果继续对粒子加速，粒子速度可能超过光速
C．粒子高速运动时质量大于静止时的质量
D．粒子高速运动时质量小于静止时的质量
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.某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为3光年，则他所乘飞
船相对地球的速度为()
A． 0.5c
B． 0.6c
C． 0.8c
D． 0.9c
15.美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在．引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性．关于经典力学，下列说法正确的是()
A．经典力学完全适用于宏观低速运动
B．经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C．随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D．由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
16.关于狭义相对论，下列说法中正确的是()
A．宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了
B．宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了
C．一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短
D．对于确定的物体，无论运动速度有多大，物体的质量都不会改变
17.经典力学不能适用于下列哪些运动()
A．以99%倍光速运行的电子束
B．火箭的发射
C．宇宙飞船绕地球的运动
D．“勇气号”宇宙探测器的运动
18.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
19.假设甲在接近光速的火车上看地面上乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是()
A．甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度大
B．甲看到乙手中的尺的长度比乙看到自己手中的尺的长度小
C．乙看到甲手中的尺的长度比甲看到自己手中的尺的长度大
D．乙看到甲手中的尺的长度与甲看到自己手中的尺的长度相同
20.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
第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
21.一静止体积为V0，静止质量为m0的立方体沿一棱长方向相对地面以速率v运动，求地面的测量者测得的体积和质量．
22.一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)
23.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？
24.一核弹含20 kg的钚，爆炸后生成的核静止质量比原来小.求爆炸中释放的能量．
答案解析
1.【答案】C
【解析】A、B、C在同一转盘上，所以它们的角速度相同，由v＝r·ω可知，r越大，线速度v越大．由Δt＝可知，v越大，Δt越大，也就是说钟走得越慢．从图中可以看出，A时钟的线速度最小，C时钟的线速度最大，故A时钟走得最快，C时钟走得最慢．
2.【答案】C
【解析】火车中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁，则在火车上的人看来，小猫和小鸡同时出生，故A、B错误；地面上的人认为，地面是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些，故在地面上的人看来，一只小猫先出生，故C正确，D错误．
3.【答案】A
【解析】根据相对论效应l＝l0，则司机测量时宣传画的长度变成5×0.6 m＝3 m，即图形是边长为3 m的正方形．
4.【答案】D
【解析】由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，故A、B错误；光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一，真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，故C错误，D正确．
5.【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．
6.【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.
7.【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．
8.【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.
9.【答案】C
【解析】若杆沿垂直于自身长度的方向运动，它的长度将不变，C选项错误，故选C.
10.【答案】A
【解析】光的偏振现象说明光是一种横波，A项正确。

11.【答案】B
【解析】由时间间隔的相对性知，下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变慢了，A错；由长度的相对性知，下方地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的人观察到火箭长度没变，B对，C错；火箭上的人看到在垂直运动方向上的物体的长度不变，D错．
12.【答案】C
【解析】根据相对论的基本假设，粒子的速度不可能达到光速或超过光速，故A、B错误；由m＝知，粒子高速运动时的质量大于静止时的质量，故C正确，D错误．故选C.
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】C
【解析】由l＝l0，且＝，可得v＝c＝0.8c，故选项C正确．
15.【答案】A
【解析】经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，故不会过时也不会失去价值，故C、D错误，故选A.
16.【答案】A
【解析】A.根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船是在做高速运动，所以地球上的人观察飞船上的时钟变慢了，故A正确；B.宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船的人观察飞船是不运动的，所以飞船上的时钟没有变慢，故B错误；C.观察者沿垂直于杆的方向运动时，观察到的杆的长度没有变化，故C错误；D.根据狭义相对论可知，物体的运动速度越大，则质量越大．故D错误．故选A.
17.【答案】A
【解析】A.微观粒子不适用于经典力学，特别是以99%倍光速运行的电子束，故A符合题意；B.火箭的发射、宇宙飞船绕地球的运动、“勇气号”宇宙探测器的运动都属低速运动，经典力学能适用．故选A.
18.【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.
19.【答案】B
【解析】由l＝l0可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的变短了，故B正确，A、C、D错误．
20.【答案】D
【解析】由相对论的结论可知，D正确．
21.【答案】体积是V0，质量为
【解析】根据狭义相对论的尺缩效应公式得
l＝l0
由静止观察者测得立方体的长、宽、高分别为x＝x0，y＝y0，z＝z0，相应的体积为V′＝xyz＝x0y0z0＝V0
根据质量与速度的关系m＝.
22.【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.
23.【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.
24.【答案】1.8×1014J
【解析】爆炸前后质量变化为：Δm＝×20 kg＝0.002 kg，释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.002×(3.0×108)2J＝1.8×1014J.。