高考物理专题近代物理知识点之相对论简介难题汇编含答案

高考物理专题近代物理知识点之相对论简介难题汇编含答案
一、选择题
1．如图所示，一根10 m长的梭镖以相对论速度穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的，以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况()
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
2．下列说法正确的是（）
A．以牛顿运动定律为基础的经典力学因其局限性而没有存在的价值
B．物理学的发展，使人们认识到经典力学有它的适用范围
C．相对论和量子力学的出现，是对经典力学的全盘否定
D．经典力学对处理高速运动的宏观物体具有相当高的实用价值
3．研究下列物体的运动，不适合使用经典力学描述的是（）
A．行驶的自行车 B．接近光速运动的粒子
C．投出的篮球 D．飞驰的汽车
4．如图所示，参考系B相对于参考系A以速度v沿x轴正向运动，固定在参考系A中的点光源S射出一束单色光，光速为c，则在参考系B中接受到的光的情况是__________；
A．光速小于c，频率不变，波长变短B．光速小于c，频率变小，波长变长
C．光速等于c，频率不变，波长不变D．光速等于c，频率变小，波长变长
5．下列关于近代物理的说法，正确的是
A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱
B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现
C．光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难
D．质能方程2
揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方
E mc
程的科学家是卢瑟福
6．下列说法中正确的是( )
A．光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是不同的
B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变宽
D．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
7．为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度( )．
A．6.0×108m/s B．3.0×108m/s
C．2.6×108m/s D．1.5×108m/s
8．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
9．下列说法中正确的是________
A．光的偏振现象证明了光波是纵波
B．雷达是利用超声波来测定物体位置的设备
C．在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，这是光的干涉现象
D．考虑相对论效应，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长
10．关于相对论的下列说法中，正确的是（）
A．宇宙飞船的运动速度很大，应该用相对论计算它的运动轨道
B．电磁波的传播速度为光速
C．相对论彻底否定了牛顿力学
D．在微观现象中，相对论效应不明显
11．假设地面上有一列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
12．在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是
A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了
B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了
C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了
D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了
13．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()
A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c
14．下列说法中正确的是
A．声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率
B ．麦克斯韦预言了电磁波的存在；楞次用实验证实了电磁波的存在
C ．由电磁振荡产生电磁波，当波源的振荡停止时，空间中的电磁波立即消失
D ．宇宙飞船以接近光速的速度经过地球时，地球上的人观察到飞船上的时钟变慢 15．与相对论有关的问题，下列说法正确的是（ ）
A ．火箭内有一时钟，当火箭高速运动后，此火箭内观察者发现时钟变慢了
B ．力学规律在任何惯性参考系中都是相同的
C ．一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度要长些
D ．高速运动物体的质量会变小
16．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“Gliese5581”运行的行星“G1-581c ”却很值得我们期待。

该行星的温度在0C ︒到40C ︒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。

“Gliese5581”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22
3
倍
C ．该行星与“Gliese5581
D ．由于该行星公转速率比地球大，地球上的米尺如果被带上该行星，其长度一定会变短 17．下列说法中正确的是（ ）
A ．把调准的摆钟，由北京移至赤道，这个钟将变慢，若要重新调准，应增加摆长
B ．振动的频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越长
C ．1905 年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的
D ．照相机的镜头涂有一层增透膜， 其厚度应为入射光在真空中波长的14
18．以下哪些属于狭义相对论的基本假设（ ）
A ．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
B ．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
C ．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是不相同的
D ．物体的能量
E 和其质量m 满足E =mc 2
19．甲、乙、丙是三个完全相同的时钟，甲放在地球上，乙、丙分别放在两个高速运动的火箭上，以速度v 乙和v 丙朝同一方向远离地球飞行，v 乙<v 丙．地面上的观察者看 A ．甲时钟走得最慢 B ．乙时钟走得最慢 C ．丙时钟走得最慢
D ．甲、乙、丙时钟快慢一样
20．下列对光学现象的认识正确的是（ ）
A ．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象
B ．狭义相对论说，在任意惯性参考系里，一切力学规律都是相同的
C ．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高21．以下说法正确的是（）
A．开普勒提出日心说，并指出行星绕太阳转动其轨道为椭圆
B．卡文迪许测量出万有引力常量，并提出万有引力定律
C．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力
D．洲际导弹的速度有时可达到6000m/s，此速度在相对论中属于高速，导弹的质量会明显增大
22．下列说法中正确的是（）
A．红外线比红光波长短，它的显著作用是热作用
B．紫外线的频率比可见光低，它的显著作用是荧光作用
C．阴极射线来源于核外的自由电子，β射线来源于原子核内部核衰变得到的电子
D．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟走得同样快
23．下列说法正确的是
A．传感器是把非电信息转换成电信息的器件或装置
B．真空中的光速在不同惯性系中测得的数值是不相同的
C．紫外线常用于医院和食品消毒，是因为它具有显著的热效应
D．波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率
24．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，两中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
25．建立经典电磁场理论，并预言了电磁波存在的物理学家和创立相对论的科学家分别是()
A．麦克斯韦法拉第
B．麦克斯韦爱因斯坦
C．赫兹爱因斯坦
D．法拉第麦克斯韦
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一、选择题
1．D
解析：D
【解析】
【详解】
如果你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处在管子内部．然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子．假如你在梭镖和管子之间运动，运动的速度是在梭镖运动的方向上，而大小是其一半，那么梭镖和管子都相对于你运动，且速度的大小一样；你看到这两样东西都缩短了，且缩短的量相同，所以你看到的一切都是相对的，依赖于你的参考系．
A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它，与结论不相符，A错误；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，与结论不相符，B错误；
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，与结论不相符，C 错误；
D．所有这些都与观察者的运动情况有关，与结论相符，D正确。

故选D。

2．B
解析：B
【解析】
牛顿运动定律能够解决宏观物体的低速运动问题，在生产、生活及科技方面起着重要作用；解决问题时虽然有一定误差，但误差极其微小，可以忽略不计；故经典力学仍可在一定范围内适用．虽然相对论和量子力学更加深入科学地认识自然规律，它是科学的进步，但并不表示对经典力学的否定，故选项B正确．A、C错误；经典力学不能用于处理高速运行的物体；故D错误．
故选B
3．B
解析：B
【解析】
【分析】
根据题中“不适合经典力学的物体的运动”可知，本题考查经典力学规律适用范围，运用经典力学规律适用范围的判断条件：经典力学适用于宏观物体及低速运动，进行分析。

【详解】
解：A.C.D、行驶的自行车、投出的篮球以及飞驰的汽车的运行都属低速，经典力学能适用。

故ACD不符合题意。

故ACD错误；
B、粒子接近光速运动，属于高速，而微观粒子的能量，则是微观粒子，所以经典力学就不在适用，故B正确。

【点睛】
当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加，不适合使用经典力学描述．
4．D
解析：D
【解析】
【详解】
根据相对论光速不变原理可知，在参考系B中接受到的光的速度等于c，由于B相对A的
距离增大，产生多普勒效应，则知在参考系B中接受到的光的频率变小，波长
c
f
λ=，波
长变长，故D正确，ABC错误。

5．C
解析：C
【解析】
【详解】
A.波尔理论成功解释了氢原子发光的现象，但对于稍微复杂一定的原子如氦原子，波尔理论都无法解释其发光现象，故波尔理论有它的局限性．A错误
B.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构．B错误
C.光电效应实验现象说明了光具有粒子性，从而使得光的波动说遇到了巨大困难．C正确
D.爱因斯坦的质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在密切的关系．D错误；
6．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A项：根据光速不变原理是：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；
B项：均匀变化的电场一定产生稳定的磁场，均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，故B 错误；
C项：在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，光的波长减小，则干涉条纹间距变窄，故C错误；
D项：根据多普勒效应可知，声源与观察者相对靠近，观察者所接收的频率大于声源发出的频率，故D正确．
7．C
解析：C
【解析】
由相对论质速关系式m
v＝＝2.6×108m/s，故选C.
8．A
解析：A
【解析】
【详解】
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．
A. 鸡蛋大与上述分析结论相符，故A符合题意；
B. 乒乓球大与上述分析结论不相符，故B不符合题意；
C. 一样大与上述分析结论不相符，故C不符合题意；
D. 无法进行比较与上述分析结论不相符，故D不符合题意；
9．C
解析：C
【解析】
【详解】
A. 光的偏振现象证明了光波是横波，选项A错误；
B. 雷达在工作时，先发射出电磁波，其在向前传播过程中，遇到障碍物后被发射回来，即雷达据其所接收到的反射回来的电磁波情况判断前方物体的情况。

即雷达是利用电磁波来工作的，B错误；
C. 在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，这是光的干涉现象，选项C 正确；
D. 考虑相对论效应，根据“尺缩原理”，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短，选项D错误。

10．B
解析：B
【解析】
【详解】
A．宇宙飞船的运动速度虽然很大，但是远小于光速，没必要用相对论计算它的运动轨道，选项A错误；
B．电磁波的传播速度为光速，选项B正确；
C．牛顿力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似，所以相对论没有彻底否定牛顿力学，故C错误。

D．在微观现象中，因微观粒子的速度一般都很大，则相对论效应表现很明显，选项D错误。

11．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
由l＝l
直运动方向的长度，即身高不变，故D选项正确．
12．A
解析：A
【解析】
【分析】
由相对论效应分析宇宙飞行器的时间和长度变化；当人和宇宙飞行器之间有相对运动时，人观察到的火箭长度会变短，时间会变慢．
【详解】
根据爱因斯坦相对论可知，地面上的人观察到宇宙飞行器变短了，宇宙飞行器上的时间进程变慢了。

故A正确，B错误。

宇宙飞行器上的人与宇宙飞行器之间没有相对运动，所以此人观察到宇宙飞行器中的时钟无变化，故CD错误。

故选A。

13．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变．所以壮壮观测到该光束的传播速度为c，所以ABC错误，D正确．14．D
解析：D
【解析】
A、声源向静止的观察者运动时，产生多普勒效应，则观察者接收到的频率大于声源的频率，故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错误．
C、电磁波由电磁振荡产生，但它是一种能量形式，若波源的电磁振荡停止，空中的电磁波不会立即消失，故C错误．
D、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，所以飞船上的时钟变慢了；故D正确．故选D．【点睛】本题考查光学、相对论以及电磁波的基本性质，要注意明确各对应规律的掌握，牢记对应的规律即可．
15．B
解析：B
【解析】
【详解】
A．当火箭高速运动后，火箭内观察者相对于时钟的速度仍然是0，所以发现时钟的快慢不变，故选项A错误；
B ．力学规律在任何惯性参考系中都是相同的，故选项B 正确；
C ．根据尺缩效应，沿尺子长度方向运动的尺子长度比静止的尺子长度短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点，故选项C 错误；
D ．高速运动物体的质量是会变大的，所以牛顿运动定律不适合高速运动的物体，故选项D 错误。

故选B 。

16．B
解析：B 【解析】 【详解】
A ．第一宇宙速度v =
2v v ===行地 选项A 错误； B ．由公式2Mm
mg G
R
=可知 2
2
2186 1.53
g M R g M R ⎛⎫=⋅=⨯= ⎪⎝⎭行行地地地行 选项B 正确；
C ．根据万有引力提供行星做匀速圆周运动的向心力得
2
2
2GMm m r r T π⎛⎫
= ⎪⎝⎭
即
r =则
r r ==行
地
选项C 错误；
D ．根据狭义相对论可知米尺长度不一定会变短，D 错误。

故选B 。

17．C
解析：C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．调准的摆钟，由北京移至赤道，由于重力加速度变小，根据单摆的周期公式
2T =可知这个钟的周期增大，钟将变慢，若要重新调准，应减小摆长，故A 错误；
B ．波传播一个波长的距离所用的时间为一个周期，振动的频率越高，周期1
T f
=越短，所用时间越短，故B 错误；
C ．1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的，故C 正确；
D ．当增透膜的厚度为入射光在增透膜中波长的
1
4
时，从增透膜前后表面的反射光相互抵消，从而减少了反射，增加了透射，故D 错误； 故选C 。

18．B
解析：B 【解析】 【分析】 【详解】
爱因斯坦对相对论提出的两条基本假设为：相对性原理和光速不变原理，相对论原理即为即在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，光速不变原理即为光在真空中总是以确定的速度c 传播，速度的大小同光源的运动状态无关，其他内容均建立在这两点的基础之上，故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

19．C
解析：C 【解析】 【分析】 【详解】
试题分析：钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；
甲时钟放在地面上，在地面上的人看来，甲钟没有变化．乙、丙两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，乙、丙变慢，由于v v <乙丙，丙钟比乙钟更慢，所以甲钟最快，丙钟最慢，C 正确．
20．D
解析：D 【解析】 【分析】 【详解】
A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，故A错误；
B．根据狭义相对论的两个基本假设可知，在不同惯性参考系里，一切物理规律都是相同的，故B错误；
C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，故C错误；
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，故D正确。

故选D。

21．C
解析：C
【解析】
【详解】
A．日心说是尼古拉·哥白尼提出的，开普勒是根据实验数据总结出行星三大运动定律，故选项A错误；
B．卡文迪许测量出了万有引力常量，但提出万有引力定律的是牛顿，选项B错误；C．牛顿万有引力定律的提出，经历了：提出猜想⟶理论推导⟶实验验证等阶段，其中实验验证，牛顿就证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力，故选项C正确；
D．在爱因斯坦的狭义相对论中，只有能跟光速相比拟的速度才能称为高速，真空中的光速为8
=⨯，而导弹的速度远小于光速，所以没有明显的相对论效应，选项D错c310m/s
误；
故选C。

22．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
A．红外线比红光波长长，它的显著作用是热作用，选项A错误；
B．紫外线的频率比可见光高，它的显著作用是荧光作用，选项B错误；
C．阴极射线来源于核外的自由电子，β射线来源于原子核内部核衰变时中子转化为质子时放出的电子，选项C正确；
D．根据钟慢效应，宇宙飞船相对于地球高速运动的过程中，飞船的人观察飞船是不运动的，而地球是高速运动的，所以飞船上的时钟没有变慢了，正常走时，而地球上的钟变慢了，故D错误。

故选C。

23．A
解析：A
【解析】
【详解】
A.传感器是把被测非电信息转换为电信息的装置，故选项A正确；
B.根据光速不变原理知在不同惯性系中，光在真空中传播速度大小相等，故选项B错误；
C.紫外线常用于医院和食品消毒，但它不具有显著的热效应，反而红外线才是显著的热效应，故选项错误；
D.根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，观察者接收到的频率大于波源的频率，故选项D错误。

24．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
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AB错误；地面上的人以地面是一个惯性系，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．所以C正确，ABD 错误．
25．B
解析：B
【解析】
【详解】
在19世纪60年代建立经典电磁场理论，并预言了电磁波存在的物理学家是麦克斯韦，创立相对论的科学家是爱因斯坦．
A．麦克斯韦、法拉第，与结论不相符，选项A错误；
B．麦克斯韦、爱因斯坦，与结论相符，选项B正确；
C．赫兹、爱因斯坦，与结论不相符，选项C错误；
D．法拉第、麦克斯韦，与结论不相符，选项D错误；
故选B。