2026年爱因斯坦相对论知识竞赛试题

2026年爱因斯坦相对论知识竞赛试题考试时长：120分钟满分：100分一、单选题（总共10题，每题2分，总分20分）1.爱因斯坦相对论中，描述物体在真空中运动速度极限的物理量是（）A.光速cB.惯性质量C.引力场强度D.能量密度2.在狭义相对论中，时间膨胀效应是指（）A.高速运动物体的长度变短B.静止观察者看到运动时钟变慢C.引力场中时间流逝加速D.双生子佯谬现象3.爱因斯坦场方程中，描述时空几何与物质能量关系的关键项是（）A.麦克斯韦方程组B.拉格朗日量C.张量形式D.度规张量4.广义相对论中，描述引力透镜效应的数学模型是（）A.牛顿万有引力定律B.电磁波传播方程C.弯曲时空几何D.费马原理5.黑洞的“事件视界”是指（）A.黑洞边缘的可见边界B.不可逃逸的临界半径C.视觉暂留现象D.引力透镜成像区域6.爱因斯坦质能方程E=mc²中，c代表（）A.物体质量B.光速C.能量密度D.惯性系数7.时空弯曲导致的现象不包括（）A.水星近日点进动B.光线弯曲C.时间膨胀D.牛顿第二定律8.速度变换公式在相对论中体现为（）A.伽利略变换B.洛伦兹变换C.哈密顿变换D.麦克斯韦变换9.爱因斯坦场方程的左边项代表（）A.时空曲率B.物质能量动量张量C.引力势能D.电磁场强度10.量子引力理论中，描述时空量子化现象的模型是（）A.量子场论B.虫洞理论C.奇点理论D.哈特尔-博戈斯奇黑洞二、填空题（总共10题，每题2分，总分20分）1.狭义相对论的两个基本假设是______和______。2.广义相对论中，描述引力场强度的时间变化率是______。3.黑洞视界半径与黑洞质量的关系式为______。4.爱因斯坦场方程的右边项通常表示为______。5.速度合成公式在相对论中需要用______代替经典速度加法。6.时间膨胀效应的数学表达式为______。7.弯曲时空中的测地线是指______。8.质能方程中，能量与质量的关系是______。9.广义相对论中，描述引力波的物理量是______。10.量子引力理论中，描述时空泡沫的模型是______。三、判断题（总共10题，每题2分，总分20分）1.狭义相对论只适用于惯性参考系。（）2.黑洞内部的奇点处时空曲率趋于无穷大。（）3.爱因斯坦场方程是线性偏微分方程。（）4.速度超过光速的物体可以违反因果律。（）5.时间膨胀效应在日常生活中可以忽略不计。（）6.广义相对论预言了引力波的存在。（）7.质能方程E=mc²适用于所有物理过程。（）8.量子引力理论已经完全成熟。（）9.弯曲时空中的测地线是直线。（）10.爱因斯坦场方程的解可以描述虫洞。（）四、简答题（总共3题，每题4分，总分12分）1.简述狭义相对论中的长度收缩效应及其物理意义。2.解释广义相对论中引力透镜效应的原理。3.比较爱因斯坦场方程与牛顿引力定律的异同点。五、应用题（总共2题，每题9分，总分18分）1.一艘宇宙飞船以0.8c的速度相对地球飞行，飞船上的钟显示10秒，求地球上的观察者测得的飞船飞行时间。2.假设一个黑洞的质量为太阳质量的10倍，求其视界半径。【标准答案及解析】一、单选题1.A（光速c是相对论的核心常数）2.B（时间膨胀是狭义相对论经典现象）3.D（度规张量描述时空几何）4.C（弯曲时空几何解释引力透镜）5.B（事件视界是不可逃逸边界）6.B（c是光速常数）7.D（牛顿第二定律与相对论无关）8.B（洛伦兹变换是相对论核心公式）9.A（左边项是时空曲率）10.D（哈特尔-博戈斯奇黑洞涉及量子化）二、填空题1.物理定律在所有惯性系中形式相同；光速在真空中对所有观察者相同2.引力场强度的时间变化率3.R=2GM/c²4.物质能量动量张量5.洛伦兹变换6.Δt=Δt₀/√(1-v²/c²)7.时空中的测地线8.E²=(mc²)²+(pc)²9.引力波10.时空泡沫模型三、判断题1.√（狭义相对论仅适用于惯性系）2.√（奇点时空曲率无穷大）3.×（场方程是非线性方程）4.√（超光速违反因果律）5.√（日常速度下效应极小）6.√（广义相对论预言引力波）7.√（适用于所有物理过程）8.×（量子引力理论仍待发展）9.×（弯曲时空测地线是曲线）10.√（部分解可描述虫洞）四、简答题1.长度收缩效应：高速运动物体的长度在运动方向上会缩短，公式为L=L₀√(1-v²/c²)。物理意义是时空的相对性，长度测量依赖于观察者运动状态。2.引力透镜效应：光线经过大质量天体时，因时空弯曲发生偏折，形成多个像或扭曲图像。原理是广义相对论中引力使时空弯曲，光线沿测地线传播。3.异同点：-相同点：都描述引力现象-不同点：牛顿定律基于超距作用，相对论基于时空弯曲；相对论可解释水星进动等牛顿无法解释的现象。五、应用题1.解：-狭义相对论时间膨胀公式：Δt=Δt₀/√(1-v²/c²)-Δt=10/√(1-(0.8c)²/c²)=10/√(1-0.64)=10/√0.36=10/0.6≈16.67秒-解题要点：注意洛伦兹因子计算，单位统一。2.解：-视界半径公式：R=2GM/c²-M=10M☉