5.2 相对论时空简介 一、选择题（共 15 题） 1．若宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系，当他发现飞船内没有支撑的物体都以某一加速 度落向舱底时，他作出的如下判断中，正确的是（ ） A．此飞船一定是停在某个星球的表面上 B．此飞船一定是正在远离任何天体的空间加速飞行 C．此飞船可能是停在某个星球的表面上，也可能是正在远离任何天体的空间加速飞行 D．此飞船可能是在远离任何天体的空间中匀速飞行 2．如图所示，小明乘速度为 0.9c （c 为光速）的宇宙飞船追赶正前方的小军，小军的飞行速度为 0.7c ，小 明向小军发出一束光进行联络，则小明观测到该光束的传播速度为（　　） A． 0.3c B． 0.5c C． 0.9c D． 1.0c 3．在狭义相对论中，下列说法中正确的是（　　） A．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速 B．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 C．在一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生 D．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变长了 4．有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥 哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是( ) A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了 B．弟弟思念哥哥而加速生长了 C．由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢 D．这是神话，科学无法解释 5．下列说法中正确的是（　　） A．机械波和电磁波都能在真空中传播 B．铁路，民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测 C．根据狭义相对论的原理知，在不同的惯性参考系中，物理规律都是不相同的 D．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场 6．下面说法错误的是（ ） A．滑动摩擦力有可能做正功，也有可能做负功 B．重力势能的变化与零势能面的选取无关 C．由于能量守恒，所以我们不需要节能 D．在狭义相对论中，物体的质量会随物体的速度的变化而变化 7．下列说法正确的是 A．伽利略发现了行星运动的规律 B．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体 C．最早将实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方 法的科学家是牛顿 D．爱因斯坦是最先预言了引力波的科学家 8．下列对爱因斯坦质能方程的理解正确的是（ ） A． E  mc 中能量 E 其实就是物体的内能 2 B．公式 E  mc 适用于任何类型的能量 2 E C．由 △△ mc 2 知质量与能量可以相互转化 D． E  mc 不适合用来计算电池中的化学能 2 9．下列说法正确的是（ ） A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化 B．时间和空间不依赖人们的意识而存在 C．时间和空间是绝对的 D．时间和空间是紧密联系、不可分割的 10．说法正确的是 A．爱因斯坦认为真空中光速在不同惯性系中相同 B．从接收到的高频振荡电流中分离出所携带的有用信号的过程叫调谐 C．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播就形成了电磁波 D．激光和自然光都是偏振光 11．一张长方形宣传画长 5m、高 3m，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以 0.8c 的速度接近此宣 传画，这张画由司机测量的图形是（　　） A．边长为 3m 的正方形 B．长为 3m、高为 1.8m 的长方形 C．长为 5m、高为 1.8m 的长方形 D．长轴为 3m、短轴为 1.8m 的椭圆形 12．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 13．以下关于波与相对论的说法，正确的是（　　） A．无论什么波，只要振幅足够大就可以产生明显的衍射现象 B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波 C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的频率都会发生变化 D．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后距离变小了，而车厢的高度没有变化 14．下列选项中，属于伽利略贡献的是（ ） A．对自由落体运动规律进行了探索 B．提出了相对论原理，开创了实验科学 C．在动力学的基本原理上做出了奠基性的重要贡献 ） D．利用归纳——演绎法总结出了万有引力定律 15．下列说法正确的是 A．迈克耳逊莫雷实验结果表明：不论光源与观察者怎样相对运动，光速都是一样的 B．太阳光通过三棱镜形成彩色光带是光的干涉现象 C．波源与观察者互相靠近和互相远离时，观察者接收到的波的频率不同 D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大 二、填空题 16．甲、乙两架太空战机以相同的速度在一条直线上匀速飞行，甲向乙发出一条无线电指令，乙显示经过 t0 时间接受到指令，已知光速为 c，则在甲、乙看来，该无线电指令传播的速度_______c(选填>、=、<)； 地面指挥中心认为从甲发出指令到乙接受到指令的时间间隔是 t，t___t0(选填>、=、<) 17．如图所示，某车沿水平方向高速行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前、后壁， 则地面上的观察者认为该闪光______ ( 选填“先到达前壁”、“先到达后壁”或“同时到达前后壁” ) ，同时他观察 到车厢的长度比静止时变______ ( 选填“长”或“短” ) 了。 18．在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，一只小猫在车厢 后端出生，闪光到达车厢前壁时，两中小鸡在车厢前端出生．则火车上的人看这件事，猫和鸡中出生时间 关系是_________________(鸡先出生或猫先出生或同时出生)，在地面上的人看这件事，是__________(鸡 先出生或猫先出生或同时出生) 19．下列说法正确的是( ) A．在受迫振动中，振动系统的振动频率仅由驱动力频率决定，与振动系统无关． B．人站在铁轨上看到火车匀速远去，人听到的汽笛声的频率会逐渐降低． C．泊松亮斑说明光具有波动性． D．在任何惯性参考系中，光速总是不变的 E．LC 振荡回路中，电流最小时，电容器的电压一定会处于最大值． 三、综合题 20．查阅资料，了解时空弯曲的天文学依据，写一篇相关的科技报道，在班组会上交流。 21．远方的一颗星以 0.8c 的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按 5 昼夜的周期变化，求在此星球上测 其闪光周期为多大？ 22．在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的 0.5 倍。试求此时电子的质量变为静止 时的多少倍？ 23．假设某太空飞船的长度为 L0  90m ，一站在地面上的观察者观察到该太空飞船相对自己沿太空飞船长 度方向以速度 u  0.8c 从正上方飞过。则： (1)地面上的观察者测量的太空飞船飞过该观察者的时间为多少？ (2)太空飞船上的人测量的太空飞船飞过观察者的时间为多少？参考答案： 1．C 【详解】 根据等效原理可知，可能是飞船处于某个星球的引力场中，也可能是飞船正在远离任何天体的空间加速飞 行。 故选 C。 2．D 【详解】 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，所以小明观测到该光束的传播速度为 c。 故选 D。 3．A 【详解】 A．在狭义相对论中，速度的极限是光速，一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速， 故 A 正确； B．在任何惯性参考系中，力学规律是相同的，在非惯性参考系中，力学规律是不同的，故 B 错误； C．根据狭义相对论可知，一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中不是 同时发生，故 C 错误； D．地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，故 D 错误。 故选 A。 4．C 【详解】 上述故事反映的是爱因斯坦的相对论，爱因斯坦是 20 世纪伟大的科学家之一，提出相对论，揭示了空间、 时间的辩证关系．根据爱因斯坦的相对论，物体高速运动时，运动物体的尺寸变短了，时针变慢了，因此 运用爱因斯坦的相对论，可以解释题目中的现象，即物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也 越慢．故选 C． 5．D 【详解】 A．机械波的传播需要介质，故 A 错误； B．红外线热效应显著，而穿透本领较弱，不能用来安检，铁路、民航等安检口使用 x 射线对行李内物品 进行检测，故 B 错误； C．根据相对论的基本原理得知：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故 C 错误； D．根据电磁场理论可知，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故 D 正确。 故选 D。 6．C 【详解】 滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反，但与物体的运动方向可以相反，也可以相同，故可以做负 功，也可以做正功，故 A 正确；重力势能与零势能面的选取有关，重力势能的变化与零势能面的选取无 关，选项 B 正确；能量虽然是守恒的，但可利用的能源并不是取之不尽用之不竭的，所以需要节约能源， 故 C 错误；在狭义相对论中，物体的质量会随物体的速度的变化而变化，选项 D 正确；此题选择不正确的 选项，故选 C. 7．D 【详解】 A：开普勒发现了行星运动的规律，故 A 项错误． B：库仑定律适用于点电荷．点电荷是一种理想化模型，如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及 电荷分布可以忽略不计，就可以把带电体看作点电荷．故 B 项错误． C：最早将实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方 法的科学家是伽利略．故 C 项错误． D：爱因斯坦是最先预言了引力波的科学家，故 D 项正确． 8．B 【详解】 A． E  mc 2 中能量 E 包括静质能 E0 和动能 Ek ，而非物体的内能，A 错误； BD． E  mc 也可以计算电池中的化学能，适用于任何类型的能量，B 正确，D 错误； 2 C．物体具有的质量与质量对应的能量称为质能， E  mc 表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体 2 吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化，C 错误。 故选 B。 9．D 【详解】 根据狭义相对论的观点，时间和空间都不是绝对的，都是相对的，时间和空间不能割裂，是紧密联系的。 所以选项 ABC 错误，选项 D 正确； 故选 D。 10．A 【详解】 A、爱因斯坦在相对论中认为真空中光速在不同惯性系中相同，故