2025鲁科版高中物理必修第二册
第5章 科学进步无止境
第1节 初识相对论
第2节 相对论中的神奇时空
第3节 探索宇宙的奥秘
基础过关练
题组一 经典的相对性原理与狭义相对论
1.(多选题)如果牛顿运动定律在参考系A中成立,而参考系B相对于A做匀速直线运动,则 ( )
A.在参考系B中牛顿运动定律也同样成立
B.在参考系B中牛顿运动定律不能成立
C.A和B两个参考系中,一切物理定律的形式都是相同的
D.参考系B也是惯性参考系
2.(多选题)关于经典时空观和相对论时空观,下列说法正确的是 ( )
A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的
B.相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系
C.研究接近光速的粒子时经典力学不适用
D.当物体的运动速度远小于光速时,相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
3.(多选题)关于经典力学的成就,下列说法正确的是 ( )
A.经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来,是人类对自然界认识的第一次综合,是人类认识史上的一次重大飞跃
B.经典力学第一次向人们展示了时间的相对性
C.火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射,都是牛顿力学规律的应用范例
D.经典力学是最早形成的物理理论,对后来的理论有重要影响
4.(多选题)(2024福建福州格致中学期中)下列说法正确的是 ( )
A.以牛顿运动定律为基础的经典力学没有存在的价值
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否定
D.经典力学对处理低速运动的宏观物体具有相当高的正确性
题组二 时间和空间的相对性
5.(2024江苏扬州期中)如图所示,甲乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的乙,乙的飞行速度为0.5c,乙向甲发出一束光进行联络,则甲观测到该光束的传播速度是 ( )
A.c B.0.4c C.0.1c D.0.5c
6.假设地面上有一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
7.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
8.惯性系S中有一边长为L的立方体,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是 ( )
A. B.
C. D.
9.(2024江苏无锡月考)本次无锡市第一中学阶段性质量检测物理考试时间为75分钟,假定孙悟空水平握着金箍棒以0.6c(c为真空中的光速)从我们考场外飞过,速度方向与地表平行。则关于孙悟空观察到此次考试时间及你观察到金箍棒的长度说法正确的是 ( )
A.考试时间大于75分钟,金箍棒的长度变短
B.考试时间大于75分钟,金箍棒的长度不变
C.考试时间小于75分钟,金箍棒的长度变长
D.考试时间也是75分钟,金箍棒的长度变长
10.如图所示,假设一根10 cm长的梭镖以接近光速的速度穿过一根10 cm长静止的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中,最能准确描述梭镖穿过管子情况的是 ( )
A.静止的观察者看到梭镖变短,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖
B.静止的观察者看到梭镖变长,因此在某个位置,梭镖从管子的两端露出来
C.静止的观察者看到两者的收缩量相等,因此在某个位置,管子仍恰好遮住梭镖
D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动,则二者的相对速度是2c
11.一支静止时30 m的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边飞过。
(1)观察者测得火箭的长度应为多少
(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少
(3)如果火箭的速度为光速的二分之一,则观察者测得火箭的长度应为多少
(4)火箭内完好的手表走过了1 min,则地面上的人认为经过了多少时间
题组三 相对论质量
12.(多选题)电子的电荷量为1.6×1 C,质量为9.1×1 kg,一个电子被电压为106 V的电场加速后,关于该电子的质量和速度,以下说法正确的是 ( )
A.电子的质量不变
B.电子的质量增大
C.电子的速度可以达到1.9c
D.电子的速度不可能达到c
题组四 质能关系
13.已知电子的静止能量为0.511 MeV,若电子的动能为0.25 MeV,则它所增加的质量Δm与静止质量m0的比值近似为 ( )
A.0.1 B.0.2
C.0.5 D.0.9
14.根据爱因斯坦质能方程,以下说法不正确的是 ( )
A.任何核反应,只要伴随能量的产生,则反应前后各物质的质量和一定不相等
B.太阳不断地向外辐射能量,因而太阳的总质量一定不断减小
C.虽然太阳不断地向外辐射能量,但它的总质量是不可改变的
D.若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量,则地球的质量将不断增大
题组五 广义相对论
15.(多选题)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.由于物质的存在,实际的空间是弯曲的
16.在日全食的时候,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.在太阳引力场的作用下发生了弯曲
D.经过太阳外的大气层时发生了折射
17.关于相对论,下列说法正确的是 ( )
A.狭义相对论认为,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
B.狭义相对论认为,对于一切物理规律,所有的参考系都是平权的
C.狭义相对论认为,相对于观察者静止的钟走得是最慢的
D.广义相对论认为,一个做匀加速运动的参考系和一个均匀的引力场是等效的
18.(2024上海交大附中期中)2016年2月11日,美国的研究人员宣布探测到引力波。引力波是爱因斯坦广义相对论中的一个重要预言,爱因斯坦认为,任何物体加速运动都会给时空带来扰动,这种扰动向外传播形成引力波,引力波的探测难度很大,因为只有质量非常大的天体加速运动时,才会产生较容易探测的引力波,由于引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱,所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播,根据以上信息,下列说法正确的是 ( )
A.引力波极容易被探测到
B.引力波在宇宙中传播时会迅速衰减
C.只有质量非常大的天体加速运动,才能产生引力波
D.引力波的发现为爱因斯坦的广义相对论提供了证据
题组六 宇宙的起源和演化
19.(2023上海致远高级中学期末)按照宇宙大爆炸理论思想,在宇宙大爆炸的过程中,关于恒星的演化,下列说法中正确的是 ( )
A.小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星
B.恒星燃料耗尽后外层开始膨胀,变成巨星或超巨星
C.超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云,内部物质形成新的恒星
D.星云在引力作用下不断收缩,内部温度升高引发核反应,中子星就形成了
答案与分层梯度式解析
第5章 科学进步无止境
第1节 初识相对论
第2节 相对论中的神奇时空
第3节 探索宇宙的奥秘
基础过关练
1.ACD 由于牛顿运动定律在参考系A中成立,因此A为惯性参考系。而B相对于A做匀速直线运动,所以B也为惯性参考系。根据相对性原理,一切物理规律在不同的惯性参考系中都具有相同的形式,故A、C、D正确,B错误。
2.ABC 经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的,而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系,故A、B正确;经典力学只适用于宏观、低速运动问题,不适用于微观、高速运动问题,故C正确;当物体的运动速度远小于光速时,相对论和经典力学的结论没有区别,故D错误。
3.ACD 经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来,是人类认识史上的一次重大飞跃,对后来的理论有重要影响,故A、D对;时间的相对性是相对论的观点,故B错;航天器的发射与运行是牛顿力学规律的应用范例,故C对。
4.BD 物理学的发展,使人们认识到经典力学有它的适用范围,以牛顿运动定律为基础的经典力学适用于处理宏观、低速物体的运动,具有相当高的正确性,在生产、生活以及科技中有着广泛的应用,有其存在的价值,故A错误,B、D正确;虽然相对论和量子力学更加深入、科学地认识自然规律,它们是科学的进步,但并不表示可以否定经典力学,故C错误。
5.A 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,所以甲观测到该光束的传播速度为c,故选A。
6.D 取路旁的人为惯性系,车上的人相对于路旁的人高速运动,根据长度收缩效应,观察到车上的人在运动方向上将变窄,但在垂直于运动方向上没有发生变化,故选D。
7.C 在A、B、C三个时钟中,C相对于地面的速度最大,A相对于地面的速度最小;由τ=可知,C时钟走时最慢,A时钟走时最快,故选项C正确。
8.D 根据相对论效应可知,沿x轴方向正方体棱长缩短,沿y轴方向正方体棱长不变。故选D。
9.A 当孙悟空水平握着金箍棒以0.6c从我们考场外飞过,速度方向与地表平行,根据爱因斯坦狭义相对论中的时间延缓效应,可知孙悟空观察到此次考试时间将大于75分钟;根据爱因斯坦狭义相对论中的长度收缩效应,可知观察到金箍棒的长度变短。故选A。
10.A 根据相对论时空观的长度收缩效应,梭镖相对于观察者运动,那么梭镖收缩变短,而管子长度不变,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖,选项A正确,B、C错误;由光速不变原理可知物体的速度不会超过光速c,选项D错误。
11.答案 (1)约30 m (2)30 m (3)约26 m
(4)约1 min
解析 (1)火箭外面的观察者看火箭时,有相对速度v,则它的测量值要缩短,即l'
(3)当v=时,l'≈26 m。
(4)火箭上的时间Δt'=1 min,火箭的速度v=3 km/s,所以地面上的人观测到的时间Δt== min≈1 min。
12.BD 电子被电场加速后,根据m=可知,随着电子速度的增大,其质量也增大,故A错误,B正确;此时不能根据eU=m0v2求速度,任何物体的速度都不可能达到光速c,故C错误,D正确。
13.C 由质能关系式E=m0c2可知,E1=m0c2=0.511×106×1.6×10-19 J,E2=Δmc2=0.25×106×1.6×10-19 J,=≈0.5,故C项正确。
14.C 根据质能方程E=mc2,当物体能量变化时,参加核反应的物质质量会发生变化,故选项A正确;太阳向外辐射能量,对应的总质量一定减小,故选项B正确,C错误;当地球向外辐射的能量小于从太阳获得的能量时,地球的总能量增加,对应地球的质量也将增加,选项D正确。
15.ABD 由广义相对论可知,物质的引力使光线弯曲,我们有可能看到太阳后面的恒星,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,强引力场作用使光的波长变长,频率变低,所以光谱向红端偏移,因此我们能观察到引力红移现象,所以选项B正确,C错误。
16.C 根据爱因斯坦的广义相对论可知,光线在太阳引力场的作用下发生了弯曲,所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星,故C正确,A、B、D均错误。
17.D 根据长度收缩效应,相对论时空观认为运动的尺子会变短,如果物体在地面上静止不动,在相对于地面运动的参考系里面测出物体的长度和在地面上测出物体的长度是不一样的,故A错误;狭义相对论认为,一切的惯性参考系都是平权的,即物理规律的形式在任何的惯性参考系中都是相同的,故B错误;根据时间延缓效应,运动的钟比静止的钟走得慢,狭义相对论认为相对于观察者静止的钟走得最快,故C错误;广义相对论是一种新的时空与引力的理论,广义相对论认为一个做匀加速运动的参考系和一个均匀的引力场是等效的,故D正确。
18.D 引力波探测难度很大,不容易被探测到,选项A错误;引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱,所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播,选项B错误;任何物体加速运动都会产生引力波,只有质量非常大的天体加速运动,才会产生较容易探测的引力波,选项C错误;引力波的发现为爱因斯坦的广义相对论提供了证据,选项D正确。
19.B 小质量恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星,密度极大,故A错误;恒星燃料耗尽后外层开始膨胀,变成巨星或超巨星,故B正确;超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云的组成部分,而后这些星云会收缩成为一颗新的恒星,故C错误;星云在引力作用下不断收缩,内部温度升高引发核反应,恒星就形成了,故D错误。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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