5.2 相对论中的神奇时空基础巩固 2021—2022 学年高中物理鲁科版 （2019）必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．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（ ） A．在火车上的人看来，一只小猫先出生 B．在火车上的人看来，两只小鸡先出生 C．在地面上的人看来，一只小猫先出生 D．在地面上的人看来，两只小鸡先出生 2．下列说法正确的是（ ） A．单缝衍射实验中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象越明显 B．光纤通信，医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理 C．机械波传播过程中，某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离 D．地球上的人看来，接近光速运动的飞船中的时钟变快了 3．一辆轿车在山区的高速公路上以接近光速行驶，穿过众多隧道，已知隧道口为圆形，在将要抵达隧道 时，下列说法正确的是（ ） A．司机观察到的隧道口为椭圆形隧道的总长度变短 B．司机观察到的隧道口为圆形，隧道的总长度不变 C．司机观察到的隧道口为椭圆形，隧道的总长度不变 D．司机观察到的隧道口为圆形，隧道的总长度变短 4．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者 A 观察到钟的面积为 S，另一观察者 B 以 0.8 倍光速平行 y 轴正方向运动，观察到钟的面积为 S′．则 S 和 S′的大小关系是(　　) A．S>S′ B．S＝S′ C．S<S′ D．无法判断 5．与相对论有关的问题，下列说法正确的是（ ） A．火箭内有一时钟，当火箭高速运动后，此火箭内观察者发现时钟变慢了 B．力学规律在任何惯性参考系中都是相同的 C．一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度要长些 D．高速运动物体的质量会变小 6．下列说法正确的是 A．传感器是把非电信息转换成电信息的器件或装置 B．真空中的光速在不同惯性系中测得的数值是不相同的 C．紫外线常用于医院和食品消毒，是因为它具有显著的热效应 D．波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率 7．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 8．在一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为( ) A．洞口为椭圆形，长度变短 B．洞口为圆形、长度不变 C．洞口为椭圆形、长度不变 D．洞口为圆形，长度变短 9．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉( ) A．你的质量在增加 B．你的心脏跳动在慢下来 C．你在变小 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度 10．在 1905 年爱因斯坦提出了《狭义相对论理论》，但此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理 论下的观察到的不同现象，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都是相同的 C．物体在接近光速运动时，它的质量会变小 D．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大 11．爱因斯坦建立了广义相对论，并根据这一理论推导得出三个著名的预言：水星轨道近日点的进动；太 阳引起的光线偏折；光波的重力红移。经过科学实验的检验，最终证实这些预言的理论计算与实验结果都 能吻合。这说明广义相对论（　　） A．是人类对客观世界的最终反映 B．被观察结果证实了理论的合理性 C．是客观事实检验过的绝对真理 D．比牛顿引力理论更具实用价值 12．相对于地球的速度为 v 的一飞船，要到离地球为 5 光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为 3 光年，则 v 应为（　　） A． c 2 B． 3c 5 C． 9c 10 D． 4c 5 13．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 14．如下图所示，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． 15．下列说法正确的是（　　） A．单摆的摆球在通过最低点时合外力等于零 B．有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带是薄膜干涉现象 C．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场 D．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大 二、填空题（共 4 题） 16．在行进的火车车厢中测站台上的两根柱子之间的距离为 L1，在站台上测这两根柱子之间的距离为 L2， 则 L1__________L2（选填“小于”“大于”或“等于”）。 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．宽度为 l 的宇宙飞船沿其长度方向以 0.8c(c 为真空中的光速)远离地球，地球上的人看到宇宙飞船宽度_ _______(选填“大于”“等于”或“小于”)l，飞船和地面上各有一只铯原子钟，地球上的人观察到________(选填 “飞船上钟较快”“地面上钟较快”或“两只钟一样快”)。 19．有不同相对速度的情况下,时钟的频率是不同的,它们之间的关系如图所示．由此可知,当时钟和观察者 的相对速度达到 0.6c(c 为真空中的光速)时,时钟的周期大约为________．在日常生活中,我们无法察觉时钟 周期性变化的现象,是因为观察者相对于时钟的运动速度__________________．若在高速运行的飞船上有一 只表,从地面上观察,飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变________________(选填“快”或“慢”)了． 三、综合题（共 4 题） 20．同时的相对性是什么意思？为什么会有这种相对性？如果光速是无限大，是否还有这种相对性？ 21．生活中，我们常能看到物体的能量发生了变化，为什么觉察不到物体质量发生的变化？ 22．（1）如图所示的装置，弹簧振子的固有频率是 4 Hz．现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动 力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为 1Hz，则把手转动的频率为_______． A．1 Hz B．3 Hz C．4 Hz D．5 Hz （2）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）．地面上测得 它们相距为 L，则 A 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， A 测得该信号的速度为_______． （3）如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE 为五棱镜的一个截面，AB BC．光线垂直 AB 射 入，分别在 CD 和 EA 上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直 BC 射出．若两次反射都为全 反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少?（计算结果可用三角函数表示） 23．在静止坐标系中的正立方体边长为 l0，另一坐标系以相对速度 v 平行于正立方体的一边运动。问在后 一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？ 参考答案 1．C 2．B 3．D 4．A 5．B 6．A 7．C 8．D 9．D 10．B 11．B 12．D 13．A 14．D 15．B 16．小于 17．先到达后壁 短 18．等于 地面上钟较快 19．2.5s 远小于光速 c 慢 20． （1）在某一参考系中，如一物理事件在某地 生，若 t1  t2 x1 t1 x2 t2 ，某时刻 发生，另一物理事件在另一地 ，某时刻 发 ，我们就说这两个事件是同时发生的，但这个同时是在同一参考系中发生的，所以具有相对 性。 （2）在参考系 K 中，两个事件是同时发生的，而在相对于 K 系以某一速度 v 运动的参考系 K � 中，两个事 件不是同时发生的，即事件的同时性因参考系的选择而异，所以有这种相对性。 （3）如果光速 c 是无穷大，若两个事件在某一参考系中是同时发生的，则在所有参考系中，这两个事件都 是同时发生的。因此，就没有同时的相对性，或者说同时性是绝对的。 21． m 因为宏观低速世界中，物体的速度远小于光速，根据质量与速度的关系 保持不变，所以难以察觉到质量的变化。又根据 E =m � c2 化。因此我们一般觉察不到物体质量发生的变化。 22．（1）A （2）大于 c（或光速） （3） 23．l0 3 v 1  ( )2 c m0 1 v2 可知物体的质量基本 c2 可知，当质量略微变化时将有非常大的能量变