鲁科版物理 第6章 相对论与量子论初步 单元测试(详细解析).doc

(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)120世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子则下列判断错误的是()A随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C不同领域的事物各有其本质与规律D人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律解析：选A.人们对客观事物的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自已的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形219世纪，经典物理学建立了一座宏伟而且近乎完美的物理学大厦经典物理学的辉煌成就，使得不少物理学家踌躇满志，同时产生了这样一种看法：物理学的大厦已告落成然而，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云，正是这两朵小小的乌云，不久以后酿成了物理学中一场巨大变革这两朵乌云指的是()A光电效应实验和热辐射实验B热辐射实验和链式反应C热辐射实验和迈克尔孙莫雷实验D链式反应和迈克尔孙莫雷实验答案：C3关于黑体辐射的实验规律，下列说法正确的有()A随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加B随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C黑体热辐射的强度与波长无关D黑体辐射无任何实验解析：选A.黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确，B错；黑体辐射的强度与波长、温度都有关系，C错；我们可以通过实验得出黑体辐射强度与波长、温度之间关系的实验曲线，D错4下列关于光子的说法中，正确的是()A在空间传播的光是连续的B光子的能量由光的强度决定，光越强，每份光子的能量一定越大C光子的能量由光的频率决定，其能量与它的频率成正比D光子可以被电场加速解析：选C.光子的能量由光的频率决定，Eh，光子不带电，不能被电场加速5(2011年哈尔滨高一检测)根据课本黑体辐射的实验规律，以下判断不正确的是()A在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间C温度越高，辐射强度的极大值就越大D温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短解析：选A.一切物体都向外辐射电磁波，但辐射的电磁波不是一个定值而是一个范围中间波长的比例大、强度大，在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故A错误，B正确；温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短，辐射电磁波的范围整体向波长短的方向变化，辐射强度的极大值也越大故C、D正确6(2011年桂林高一检测)下列关于物质波的说法中，正确的是()A物质波是由近及远地进行传播的B某种实物粒子的德布罗意波是没有一定规律的C一个光子的运动是受波动规律支配的D牛顿定律对高速运动的宏观物体不适用 解析：选D.物质波是概率波，不是由近及远地进行传播的，而是在空间出现的概率表现为波的性质，A错误；某种实物粒子的德布罗意波波长为是有一定规律的，B错误；一个光子的波动性本质是概率波，其运动是不受波动规律支配的，C错误；牛顿定律是经典物理学的基础，它适用于低速物体，对高速运动的宏观物体不适用，D正确7一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，若摩托车被加速到接近光速，有轨电车被加速到，如果乘坐在有轨电车中的乘客对两车的质量进行测量，以下说法中正确的是()A有轨电车的质量增加B摩托车的质量增加C两车的质量都增加D两车的质量都不增加解析：选B.由于乘客在有轨电车上，所以感觉到有轨电车是静止的，摩托车以接近光速运动，在有轨电车上的乘客也会感觉到摩托车的速度接近光速，根据相对论质速关系式可知，乘客感觉到摩托车的质量在增加，有轨电车的质量不变，所以A、C、D均错，B正确8甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺子，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺子，则下列说法正确的是()A甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度大B甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小C乙看到甲手中的尺子长度与甲看到自己手中尺子长度一样大D乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中尺子长度大解析：选B.对甲观察者来说，他看到火车内的尺子是静止的，故长度为公式中的l0，他观察到乙手中的尺子是运动的，看到的长度相当于公式中的l，由ll0得：ll0，故甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小，A错误，B正确；对乙观察者来说，他看到自己手中的尺子是静止的，故长度为公式中的l0，他观察到火车内的尺子是运动的，看到的长度相当于公式中的l，由ll0得：ll0，故乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中尺子长度小，C、D错误9(2011年宜宾高一检测)硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有N个频率为的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为()Ah B.NhCNh D2Nh解析：选C.由普朗克量子理论可知，频率为的单个光子能量h，则N个这样的光子的总能量ENNh，故选C.10(2011年徐州高一检测)一位宇航员要到离地球为5光年的星球上去旅行如果宇航员希望能用3年的时间完成这段路程，则他所乘的火箭对于地球的速度是(c为真空中的光速)()A.c B.cC.c D.c解析：选C.根据公式ll知35 解得vc，故C正确二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分把答案填在题中横线上)11蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的假设老鼠的体温为37 ，它发出的最强的热辐射的波长为m，根据热辐射理论，m与辐射源的绝对温度T的关系近似为mT2.90103mK.那么：(1)老鼠发出最强的热辐射的波长约为_m.(2)老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子(光子)的能量是_J.答案：(1)9.4106(2)2.11102012“国际物理年”决议的作出与爱因斯坦的相对论时空观有关一个时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图61所示由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.8c(c为真空中的光速)时，时钟的周期大约为_在日常生活中，我们无法察觉时钟周期的变化现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度_图61解析：由图象可知，时钟和观察者的相对速度达到0.8c(c为真空中的光速)时，频率为0.3 Hz，周期为 s.在日常生活中，物体运动的速度远小于光速，时间延缓效应可忽略不计答案： s远小于光速三、计算题(本小题共4小题，共38分解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13(8分)以8 km/s的速度运行的人造地球卫星上一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？解析：卫星上观测到的时间为t1 min，卫星运动的速度为v8103 m/s，所以地面上的人观测到的时间为：t(13.61010) min.答案：(13.61010) min图6214(10分)设想在一个无限大的光滑水平面上，有一个质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动，如图62所示根据牛顿第二定律可知，物体将以加速度a做匀加速直线运动由运动学公式可知，物体的速度vat.由此我们可作出推断：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意大的速度你觉得上述推理合理吗？解析：爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动时所遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的观念和结论(1)在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论认为，物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即m式中m0是物体的静止质量，m是物体以速度v运动时的质量，c是光在真空中的速度上式是在光速不变原理基础上得出的由上式可知，m随v增大而增大，如地球以3104 m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用但如果物体接近光速，如速度v0.8 c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍(2)运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了，而且沿运动方向的长度和时间都要变化，都具有相对性因此，当力F拉着物体运动的速度大到一定程度时，物体质量的增大和长度、时间的相对论效应将显著，这时，牛顿定律不能适用答案：见解析15(10分)一列匀速直线前进的火车，车厢地板上A处有一盏灯，在灯的正上方车厢顶B处有一面镜子，AB的高为h.现在我们要完成一个光学实验：打开灯的开关，光信号从A到B，再由镜面反射回到A处车厢里站着一个观测者小明；站台上站一个观测者小芳，如图63所示图63请问小明和小芳所测得的光信号往返的时间各多少？它们相等吗？解析：如题图甲所示，在车厢里的小明观测到，光信号走过的距离是2h，因此往返时间t.而在站台上的小芳观测到，光信号走过的距离应为路径ACA，如题图乙所示，光信号在从灯传递到镜子的过程中，火车向前移动了一段距离，镜子已跟随车厢移动到C，灯也从A移动到D.光信号再从镜子反射到灯的过程中，灯已从D移动到A.设火车的速度为v，小芳所测得的光信号往返时间为t.根据光速不变原理，ACAct，应用勾股定理可得22h2.这里用到了相对论的第二个假设，即对地面参考系来说，光速也是c.以上两式消去h可得tt .因为 t.这是一个令人吃惊的结论：光信号往返的时间，地面上的人(小芳)和车厢里的人(小明)测量的结果不一样，地面上的人测得的时间(t)要比车厢里的人测得的时间(t)长些答案：见解析16(10分)自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断地向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射热辐射具有如下特点：(1)辐射的能量中包含各种波长的电磁波；(2)物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；(3)在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同处在一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能百分之百地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0T4，其中常量5.67108 W/(mK4)在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体有关数据及数学公式：太阳半径Rs696000 km；太阳表面温度T5770 K；火星半径r3395 km.已知球面积S4R2，其中R为球半径，K为热力学温度单位(1)太阳热辐射能量的绝大部分集中在波长为2107 m1105 m范围内，求相应的频率范围(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为r2(r为火星半径)的圆盘上已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度解析：(1)由得频率的范围为31013 Hz1.51015 H