2019-2020学年高中物理 第6章 相对论与天体物理 第3节 广义相对论初步 第4节 探索宇宙随堂演练（含解析）鲁科版选修3-4

第3节 广义相对论初步 第4节 探索宇宙1.下列属于广义相对论结论的有（）尺缩效应时间变慢光线在引力场中偏转 水星近日点的进动a. bc. d解析：选b.、属于狭义相对论，、是广义相对论的实验验证现象.2.在适当的时候，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解析：选c.根据广义相对论，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通过仪器观察到太阳后面的恒星，故c对，a、b、d错.3.（多选）下列哪些是“相对论”的内容（）a.狭义相对性原理b.“尺缩效应”c.时钟变慢d.质量不变，因为它是物体的固有属性与运动状态无关解析：选abc.由相对论的知识可知，a、b、c是相对论的内容，d不是，故选abc.4.（多选）下列说法中正确的是（）a.物体的引力使光线弯曲b.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用c.在强引力的星球附近，时间进程会变慢d.广义相对论可以解释引力红移现象解析：选acd.根据广义相对论知，光线弯曲是引力的作用，故a正确、b错误；强引力使时间进程变慢，光振动的周期变大，频率变小，波长变长，光谱线出现红移现象，故c、d正确.5.绝对时空观、狭义相对论中的时空观和广义相对论中的时空观有何不同？解析：三种时空观对比如下：时间空间绝对时空观时间均匀流逝，同时是绝对的，时间间隔也是绝对的空间均匀分布，与时间无关，与物质无关狭义相对论中的时空观时间是相对的，不再均匀流逝，同时和时间间隔与物体的运动有关空间与物体运动有关，沿运动方向长度收缩广义相对论中的时空观时间与物质的分布状态和运动有关空间与物质的运动和分布有关答案：见解析课时作业一、单项选择题1.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面测出物体的长度都是一样的c.由emc2可知，质量可转变成能量d.物体速度越大，质量也变得越大解析：选d.由相对论的知识可知，d正确.2.关于惯性力的说法，正确的是（）a.惯性力和重力、弹力、摩擦力一样，都是物体对物体的作用b.惯性力和惯性一样，都是物体本身所具有的属性c.惯性力是为了使牛顿定律在非惯性系中也能在形式上成立而引入的一种形式上的力d.惯性力的大小等于ma，方向与非惯性系的加速度方向相同解析：选c.惯性力是为了牛顿定律在非惯性系中也成立而引进的一种形式上的力，方向与非惯性系的加速度方向相反，c正确.3.以下说法中错误的是（）a.矮星表面引力很强b.在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些c.在引力场越弱的地方，物体的长度越短d.在引力场强的地方，光谱线向红端偏移解析：选c.广义相对论告诉我们，强引力的星球附近，时间进程变慢.其中矮星虽体积小，但质量很大，其表面引力很强，a、b均正确；同样，据广义相对论的结论可知，在引力场越弱的地方，物体长度会越长，引力场强的地方，光谱线向红光偏移，即“红移”，c错误，d正确.4.对大爆炸理论提供支持的事实是（）a.水星近日点的进动b.光线在引力场中的弯曲c.哈勃发现，遥远恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，波长变长d.长度缩短效应解析：选c.大爆炸理论的主要观点是宇宙起源于一个“奇点”，发生大爆炸后，宇宙不断膨胀，温度不断降低.根据多普勒效应，如果恒星离我们而去，光的颜色偏红.哈勃的发现，表明不管往哪个方向看，远处的星系正急速远离我们而去，所以c正确.5.惯性质量mi和引力质量mg的关系是（）a.mimgbmimgc.mimg d无法确定解析：选a.根据广义相对论对惯性质量与引力质量的阐述可知，mimg，a正确.6.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时钟走时最慢，b时钟走时最快b.a时钟走时最慢，c时钟走时最快c.c时钟走时最慢，a时钟走时最快d.b时钟走时最慢，a时钟走时最快解析：选c.根据广义相对论的等效原理可知，加速参考系中出现的惯性力等效于引力，在引力场中，时钟变慢，引力场越强，时钟变慢越甚，转盘上的观察者认为，圆盘是静止的，在圆盘上存在着一个引力（与向心力大小相等、方向相反），方向指向边缘，越靠近边缘，引力越强，钟走时越慢，所以c选项正确.二、多项选择题7.在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是（）a.船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的b.船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的c.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的d.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的解析：选ad.船外静止的观察者所选的参考系是惯性参考系，看到光是沿直线传播的.飞船在做匀加速直线运动，是非惯性参考系.在非惯性参考系中，时钟变慢、空间弯曲，所以航天员看到的光是沿曲线传播的.8.下列说法中，正确的是（）a.由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星b.强引力作用可使光谱线向红端偏移c.引力场越强的位置，时间进程越快d.由于物质质量的存在，实际的空间是弯曲的解析：选abd.由广义相对论我们知道：物质的引力使光线弯曲，因此选项a、d正确；在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象，所以b正确，c错误.9.根据广义相对论相关理论，下列说法正确的是（）a.一个均匀的引力场与一个匀加速运动的参考系等价b.光线经过强引力场时发生弯曲c.引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别d.引力红移现象验证了广义相对论的正确性解析：选abcd.根据等效原理，均匀引力场与匀加速运动的参考系等价，a项正确.在引力场存在的情况下，光线沿弯曲的路径传播，b项正确.物质的引力使光线弯曲，故引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，如引力红移，c项正确.近年来，多次观测到的“引力红移”现象用爱因斯坦的狭义相对论无法解释，但是广义相对论很好解释，而且恰好证明了广义相对论的正确性，d项正确.10.下列说法中正确的是（）a.万有引力可以用狭义相对论作出正确的解释b.电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释c.狭义相对论是惯性参考系之间的理论d.万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架解析：选bcd.万有引力与电磁力有很多相似之处，但万有引力却无法纳入狭义相对论的框架，a错误，b、d正确；狭义相对论是建立在惯性参考系之上的，c正确.三、非选择题11.引力场中，哪些位置的时间进程比较缓慢，哪些位置的空间尺度会发生收缩？解析：引力场中，引力越强的位置，时间的进程越慢，空间尺度的收缩只发生在与引力垂直的方向上，引力越强的位置，空间尺度收缩越严重.答案：见解析12.在外层空间的宇宙飞船上，如果你正在一个以加速度g9.