相对论时空观简介 练习 高中物理新教科版必修第二册（2022-2023学年）

5.2相对论时空观简介一、选择题1．物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（）A．开普勒发现了万有引力定律B．牛顿测出了万有引力常量C．相对论的创立表明经典力学失去存在价值D．爱因斯坦创立了狭义相对论，把物理学推进到高速发展领域2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程.在对以下几位物理学家科学贡献的叙述中，正确的说法是（）A．英国物理学家牛顿用实验的方法准确测出了万有引力常量G的数值B．天王星是利用万有引力定律计算出其轨道的，故其被称为“笔尖下发现的行星”C．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学否定了经典物理学D．开普勒根据第谷对行星运动的观测数据，应用严密的数学运算，发现了行星运动的规律3．下列说法正确的是（）A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小4．下列说法正确的是（）A．洗衣机脱水利用了水的重力B．玻璃棒和丝绸摩擦后玻璃棒带负电荷C．物体在接近光速运动时，仍然遵从牛顿运动定律D．避雷针是利用尖端放电将空气中的电荷中和使建筑物避免雷击5．爱因斯坦冲破传统思想的束缚，提出了一种新的观念并建立起相对论，这个新观念是（）A．真空中的光速是自然界中速度的极限B．牛顿定律仅适用于低速、宏观领域C．牛顿定律适用于一切领域D．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大6．在1905年爱因斯坦提出了狭义相对论理论，此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下观察到的不同现象，如果有接近光速运动下的物体时间和空间都会发生相应的变化，下列说法中正确的是（）A．在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是不同的B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的C．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大D．狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体7．关于经典力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是（）A．相对论和量子力学的出现彻底否认了经典力学B．真空中光速在不同的惯性参考系中是不相同的C．经典力学适用于宏观低速物体，也适用于微观高速物体D．经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用范围内仍然成立8．在人类历史的长河中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。以下关于几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是（）A．伽利略用“月一地检验”证实了万有引力定律的正确性B．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学否定了牛顿力学C．牛顿利用扭秤装置，第一次较准确地测出了引力常量G的值D．开普勒用20年的时间研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律9．下列说法中正确的是（）A．红外测温仪根据人体发射红外线的强弱来判断体温高低B．相同频率的机械波和电磁波叠加时也能发生干涉现象C．雷电时发出的声光从空气传入水中波长均减小D．高速运动的飞船中测得舷窗的长度比静止在地面上的该飞船中测得的短10．下列叙述错误的是（）A．激光的反射也遵循反射定律B．振荡的磁场会产生同频率的振荡的电场C．只有声波才能发生多普勒效应D．真空中的光速在不同的惯性参考系中测得的数值都是相等的11．你现在正在完成90分钟的物理期中考试，假设一艘飞船相对你以的速度匀速飞过（c为真空中的光速），则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间（）A．大于90分钟 B．等于90分钟 C．小于90分钟 D．不能确定12．按照相对论的时空观，下列说法正确的是（）A．时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的B．在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的C．运动物体的长度跟物体的运动快慢无关D．在高速运动的飞机上，原子钟的计时会变快13．关于对光学的性质以及相对论的理解，下列说法正确的是（）A．狭义相对性原理指出，力学规律在任何参考系中都是相同的B．照相机镜头的偏振滤光片可使水下影像清晰C．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同D．由红光和绿光组成的一束光束从水中射向空气，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光E.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹14．在相对论效应下，系相对系向右速度，系中杆向上运动，速度为，那么在系看来杆的形态如何（）A．杆倾斜，端偏上，A端偏下 B．杆倾斜，端偏下，A端偏上C．杆不倾斜 D．杆的整体长度缩短15．麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性。下列关于人们对电磁波的认识，说法正确的是（）A．有一个均匀变化的电场，就可以产生持续的电磁波B．紫外线的波长比X射线更长，它具有灭菌消毒的作用C．用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的衍射原理D．狭义相对论认为，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的二、解答题16．相对论中物体长度缩短与物体热胀冷缩的长度缩短是否同一回事？17．两个电子相向运动，每个电子相对实验室的速度都是，c为真空中的光速。它们的相对速度是多少？在实验室观测，每个电子的质量和总的动能各是多少；电子运动时的动能等于运动时的能量减去静止时的能量；电子静止时的质量为me。参考答案1．D【详解】A．牛顿发现了万有引力定律，A错误；B．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，B错误；C．相对论的创立并不表明经典力学已不再适用，实际上在宏观、低速的情况下经典力学仍能适用，C错误；D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域，D正确。故选D。2．D【详解】A．英国物理学家卡文迪许用实验的方法准确测出了万有引力常量G的数值，A错误；B．海王星是利用万有引力定律计算出其轨道的，故其被称为“笔尖下发现的行星”，B错误；C．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学并没有否定经典物理学，C错误；D．开普勒根据第谷对行星运动的观测数据，应用严密的数学运算，发现了行星运动的规律，得出了开普勒三定律，D正确。故选D。3．C【详解】A．全息照相利用了光的干涉原理，与光的衍射无关，A错误；B．受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与是否发生共振无关，B错误；C．根据时间延缓效应可知，在宇宙中高速飞行的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢，C正确；D．根据多普勒效应可知，鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比增大，D错误。故选C。4．D【详解】A．洗衣机脱水利用了水滴在衣物上的附着力不满足做圆周运动的向心力时，做离心运动，A错误；B．玻璃棒和丝绸摩擦后玻璃棒带正电荷，因为玻璃棒上原子核束缚电子的能力弱，使一部分电子从玻璃棒上转移到丝绸上，所以玻璃棒带正电荷，丝绸带负电荷，B错误；C．物体在接近光速运动时，由狭义相对论可知，物体的质量随速度的增大而增大，所以不再遵从牛顿运动定律，C错误；D．避雷针是利用尖端放电将空气中的电荷中和使建筑物避免雷击，D正确。故选D。5．A【详解】A．爱因斯坦提出了相对论，它认为真空中的光速是自然界中速度的极限，故A正确；BC．牛顿定律是经典物理学的基础，它仅适用于低速、宏观领域，并不适用于一切领域，但这不是爱因斯坦提出的新观念，爱因斯坦提出的是相对论的观念，故BC错误；D．运动的钟变慢，运动的尺缩短，运动物体的质量变大，这是爱因斯坦狭义相对论的几个重要的效应，不是新的观念，故D错误。故选A。6．B【详解】A．根据相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是相同的，故A错误；B．根据相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的，故B正确；C．根据长度从相对论关系可知，当物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变小，故C错误；D．狭义相对论即适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭义相对论在低速（）条件下的近似，故D错误。故选B。7．D【详解】A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，但并没有否认经典力学，选项A错误；B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，选项B错误；C．经典力学适用于宏观低速物体，不能适用于微观高速物体；选项C错误；D．相对论的出现，并没有否定经典物理学，经典物理学是相对论在低速运动条件下的特殊情形，选项D正确。故选D。8．D【详解】A．牛顿用“月一地检验”证实了万有引力定律的正确性，选项A错误；B．爱因斯坦建立了相对论，相对论物理学并不否定牛顿力学，选项B错误；C．卡文迪许利用扭秤装置，第一次较准确地测出了引力常量G的值，选项C错误；D．开普勒用20年的时间研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律，选项D正确。故选D。9．A【详解】A．红外测温仪根据人体发射红外线的强弱来判断体温高低，选项A正确；B．机械波和电磁波是不同性质的波，即使频率相同叠加时也不能发生干涉现象，选项B错误；C．雷电时发出的声从空气传入水中波速变大，波长变大；光从空气传入水中波速变小，波长变小，选项C错误；D．高速运动飞船中，沿着速度的方向两点距离才变短，选项D错误。故选A。10．C【详解】A．激光的反射也遵循反射定律，故A正确，不符合题意；B．根据电磁波理论可知，振荡的磁场会产生同频率的振荡的电场，故B正确，不符合题意；C．所有类型的波都能发生多普勒效应，故C错误，符合题意；D．真空中的光速在不同的惯性参考系中测得的数值都是相等的，故D正确，不符合题意。故选C。11．A【详解】ABCD．根据狭义相对论可知，飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间由公式可知所以飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间大于90分钟。故A正确，BCD错误。故选A。12．B【详解】A．相对论的时空观认为时间和空间与物体及其运动都有关系，故A错误；B．相对论的时空观认为在不同的惯性参考系中，光的传播速度都是相同的，故B正确；C．相对论的时空观认为运动物体的长度跟物体的运动快慢有关，故C错误；D．相对论的时空观认为在高速运动的飞机上，原子钟的计时会变慢，故D错误。故选B。13．BDE【详解】A．狭义相对性原理指出，力学规律在任何“惯性”参考系中都是相同的，故A错误；B．照相机镜头的偏振滤光片，阻碍其他反射光的进入，使得所拍影像清晰，故B正确；C．由相对论知光在真空中的传播速度在不同的惯性参考系中数值不变，故C错误；D．由红光和绿光组成的一束光束从水中射向空气，由于绿光的折射率较大，由全反射临界角公式可知绿光的全反射临界角较小，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光，故D正确；E．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹属于单缝衍射，故E正确。故选BDE。14．BD【详解】考虑到相对论速度变换，导体杆相对于系在向右上方向运动，沿运动方向分量有尺缩效应，垂直于速度方向长度分量不变，所以杆向右下方，整体长度缩短。故选BD。15．BD【解析】【详解】变化的磁场一定产生电场，但如果是均匀变化的电场，只能产生恒定不变的磁场，不能形成电磁波，故A错误。紫外线的波长比X射线长，具有灭菌消毒的作用，故B正确。用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，故C错误。狭义相对论认为，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动无