5.2 狭义相对论的基本原理基础巩固 2021—2022 学年高中物理沪教版 （2019）必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，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．牛顿认为地球是宇宙的中心 B．哥白尼用扭称实验测出了引力常数 C．万有引力定律计算出的轨道与实际观测结果有一定偏差，发现了海王星 D．相对论的创立推翻了经典力学 2．下列说法中正确的是 A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的 B．经典力学能够描述微观粒子运动的规律性 C．当物体的速度接近光速时，经典力学还是适用的 D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义 3．下列说法正确的是（　　） A．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的 B．真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的 C．微观粒子的运动规律可完全应用牛顿力学来说明 D．相对论和量子力学否定了牛顿力学的结论 4．在物理学建立、发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。关于科学家和他们 的贡献，下列说法中错误的是（　　） A．德国天文学家开普勒对他的导师一第谷观测的行星数据进行了多年研究，得出了开普勒三大行星运动 定律 B．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量 G，并说明了天上和地下的物体间引力作用都遵从 万有引力定律 C．爱因斯坦建立了相对论，当相对论与量子力学的出现，使人们认识到经典力学只适用于低速运动与宏 观世界 D．德国的伽勒在勒维耶预言的位置处发现了海王星，人们称其为“笔尖下发现的行星” 5．下列说法正确的是 A．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关 B．自然光在玻璃表面的反射光是偏振光 C．根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的电场周围一定可以产生变化的磁场 D．验钞机是利用红外线使钞票上的荧光物质发光效应进行防伪的 6．下列说法中正确的是（　　） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性 C．雨后阳光下公路积水表面漂浮的油膜呈现彩色，这是光的折射现象 D．考虑相对论效应，杆沿自身长度方向高速运动时比静止时长 7．关于相对论时空观与牛顿力学，下列说法正确的是（　　） A．大到天体，小到微观粒子，牛顿力学均适用 B．相对论与量子力学的出现，否定了牛顿力学的成就 C．相对论时空观认为，物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同 D．当物体的速度远小于光速时，相对论和牛顿力学仍有很大的区别 8．下列说法中正确的是（ ） A．相对论只适用于惯性参考系 B．电磁波与机械波一样都有衍射、干涉现象、所以它们没有本质的区别 C．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光 D．光的反射现象和折射现象不能说明光是不是横波 9．继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学， 揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的 经典力学，创立了相对论，这说明( ) A．世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分 B．人的认识具有能动性，都能够正确地反映客观世界 C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化 D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识 10．下列说法正确的是（　　） A．全息照相主要是利用了光的偏振 B．增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的 1 4 C．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象 D．爱因斯坦关于狭义相对论的两个基本假设分别是:（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一 切物理规律都是相同的；（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同 11．在物理学发展的过程中，有许多科学家做出了重要的贡献。下列说法正确的是（　　） A．卡文迪许利用扭秤装置比较精确地测出引力常量 B．牛顿总结出万有引力定律并用实验测出引力常量 C．爱因斯坦的相对论指出在不同的参照系中测量到的光速是不同的 D．开普勒总结了行星运动的规律，并找出行星按照这些规律运动的原因 12．以下关于相对论的说法，正确的是 8 A．观察者与光源相向运动时，观测到的光速大于 3 �10 m/s B．在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸都相同 C．对于同一个物理过程经历的时间，在任何惯性系中观测结果都相同 D．当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大 小有关 13．下列说法正确的是 A．光学镜头上的增透膜是光的全反射的应用 B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 C．在高速运行的航天器上看地球上的钟变快了 D．当观察者向静止的声源远离时，接收到的声音的波长大于声源发出的波长 14．在物理学的发展中，有许多科学家做出了重大贡献，下列说法中错误的是（　　） A．牛顿建立了速度、加速度等概念，并建立了牛顿三大定律 B．爱因斯坦建立了广义相对论，并预言了引力波的存在 C．伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理 学的真正开端 D．伽利略通过逻辑推理论证了重物体不会比轻物体下落得快 15．下列说法中不正确的是（　　） A．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动 B．牛顿推导万有引力的过程中用到牛顿第二第三定律及开普勒第三定律 C．爱因斯坦创立了狭义相对论 D．牛顿通过扭秤实验测出万有引力常量 二、填空题（共 4 题） 16．发现万有引力定律的物理学家是_____，建立相对论的物理学家是_____。 17． 20 世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论，得出了一些不同于经典力学的观念和结论．例 如，在经典力学中，认为物体的质量___________(填“不变”或“变化”)，而狭义相对论指出质量随着速度的 增大而__________(填“增大”或“减小”)． 18．相对论时空观 （1）19 世纪，英国物理学家______根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度_____ _光速 c； （2）1887 年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度______！ 这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系______（填“相符”或“不符”）； （3）爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是______的；真空中的光速在不同的惯 性参考系中大小都是相同的； （4）时间延缓效应 （a）如果相对于地面以 v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为 Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为 Δt，那么两者之间的关系是 Δt   v 1  ( )2 ； c （b）Δt 与 Δτ 的关系总有 Δt>Δτ（填“>”“<”或“=”），即物理过程的快慢（时间进程）与运动状态______； （填“有关”或“无关”） （5）长度收缩效应： （a）如果与杆相对静止的人测得杆长是 l0，沿着杆的方向，以 v 相对杆运动的人测得杆长是 l，那么两者 2 �v � � 之间的关系是 l  l0 1  � �c � ； （b）l 与 l0 的关系总有 l<l0（填“>”“<”或“=”），即运动物体的长度（空间距离）跟物体的运动状态______。 （填“无关”或“有关”） 19．如图所示，两艘飞船 A、B 沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为 v(v 接近光速 c)。地面上的人测 得它们相距为 L，则飞船 A 上的人测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当 B 向 A 发 出一光信号，飞船 A 上的人测得该信号的速度为________。 三、综合题（共 4 题） 20．地球绕太阳公转的速度是 3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加 速到 0.999 999 999 987 倍光速的速度，请思考： （1）在狭义相对论中，地球的公转速度属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于低速还是 高速？ （2）在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空，隔一段时间飞船返回地面时， 两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？ 21．试分析伽利略相对性原理与狭义相对论中相对性原理的区别和联系． m 22．根据爱因斯坦的狭义相对论,质量要随着物体运动速度的增大而增大,即 m0 1 v2 .请讨论: c2 (1)如果你使一个物体加速、加速、再加速,它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗?为什么? (2)光有静止质量吗?如果有,情况将会怎样? 23．(1)假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落 的力到底是引力还是惯性力？ (2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应告诉我们什么？参考答案： 1．C 2．A 3．A 4．B 5．B 6．B 7．C 8．D 9．C 10．D 11．A 12．D 13．D 14．A 15．D 16． 牛顿 爱因斯坦 17． 不变 增大 18． 麦克斯韦 19． 大于； 等于 都是一样的 不符 相同 有关 有关 c(或光速) 20．（1）地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速；（2）不相同，随飞船旅行 的时钟变慢。 21． 经典相对性原理（伽利略相对性原理）：任何密闭惯性参照系内的试验，不能判断参照系是静止还是做匀 速直线运动。 狭义相对论中相对性原理：物理体系的状态变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用 两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 不同点是经典力学相对性原理只适用于描述机械运动的力学规律，采用的是各惯性系不变的绝对时空观， 推导出的是伽利略变换，可以保证机械力学规律的坐标变换不变性，但不能保证电磁运动规律的坐标变换 不变性，所以本质上只适用于低速力学现象。 两种情况下的相对性原理都是在惯性系中成立的，同时性不随惯性系的选择而变化。 m 22．(1)由 m0 1 v2 知:当 v=c 时,m 应是无穷大.随着质量的不断增大,产生加速度的力会随着不断增大.使 c2 加速越来越困难.因此一个物体不管怎样加速,它的速度不会等于甚至超过光速. m (2)光没有静止质量.若光有静止质量.当光传播时速度为 c,由 m0 1 v2 ,它传播时的质量会无穷大,光照射到 c2 物体上，如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上.后果不堪设想. 23． (1)宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星