《爱因斯坦心目中的宇宙》同步练习

1、 6.2 狭义相对论的基本原理 6.3 爱因斯坦心目中的宇宙 6.4 微观世界与量子论 1. （多选）甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时乙在地面上 看甲手中沿火车前进方向放置的尺，已知在同一惯性参考系中， 甲、乙手中的尺等长，则下 列说法正确的是（ ） A. 甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大 B. 甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小 C. 乙看到甲手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大 D. 乙看到甲手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小 【解析】 长度的变短是相对的，甲、乙两位观察者都会认为对方的尺缩短了. 【答案】 BD 2. （多选）（20

2、13 无锡高一检测）关于狭义相对论与经典力学， 下面说法中正确的是（ ） A. 狭义相对论和经典力学不是相对立和互不相容的两种理论 B. 狭义相对论和经典力学其实是同一理论 C. 在物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对性理论；在低速运动时，物体的运动 服从牛顿运动定律 D. 狭义相对论只适用于高速运动 （速度接近真空中的光速的运动 ），不适用于低速运动 【解析】 狭义相对论和经典力学不是相对立和互不相容的， 两种理论在宏观低速情况 下的结论没有什么区别，但两种理论在不同范围内的表现规律又有所区别， 故两者不能说是 同一理论，故 AMB 错；在物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运

3、动时，物 体的运动服从牛顿运动定律，并不是说狭义相对论只适用于高速运动，不适用于低速运动， 只是在低速运动时，相对论的规律表现不明显故 C 正确，D 昔误. 【答案】 AC 3. （2013 咸阳高一检测）下列说法中正确的是（ ） 1 根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的 2 时，引力将 变为原来的 4 倍；按照广义相对论可以知道，当星球质量不变， 1 半径变为原来的 2 时，引力 A. B. 将大于原来的 4 倍；在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛 顿的引力理论计算的力差异较大； 在天体的实际半径接近引力半径时， 根据爱因斯坦的引 力理论和

4、牛顿的引力理论计算出的力差异不大. D. 【解析】 只要天体的实际半径远大于它们的引力半径， 那么由爱因斯坦和牛顿引力理 论计算出的力的差异并不很大； 但当天体的实际半径接近引力半径时， 根据爱因斯坦的引力 理论和牛顿的引力理论计算出的力差异急剧增大. 【答案】 A 4. （多选）关于波粒二象性，下列说法正确的是 （ ） A 光像原子一样是一种微粒，光又像机械波一样是一种波 B. 波粒二象性是牛顿的微粒说与惠更斯的波动说结合起来的学说 C. 光是一种波，同时也是一种粒子，大量光子表现的物理规律是波动性，单个光子的 表现有偶然性，是粒子性的反映 D. 光具有波粒二象性，实物粒子也具有波粒二象性

5、【解析】 光具有波粒二象性是说光在一定条件下， 突出地表现为粒子性， 实质是不连 续的，在另一条件下，又会表现为波动性，这种粒子性与波动性又不同于宏观物质的机械 波只是波动性质的表现也不是牛顿微粒说的内容，是以量子化假说为基础的故 A、B 均错；光是一种波，同时也是一种粒子，大量光子表现的是波动性的反映， 单个光子易表现 出粒子性，故 C 正确；德布罗意的物质波指出，任何静止质量不为零的物质粒子都具有波动 性，因此D 正确. 【答案】 CD 5. （多选）如图 6-2-2 所示，A、B、C是三个完全相同的时钟， A放在地面上，B、C分别 放在两个飞船上，两飞船分别以速度 VB和Vc向同一方向飞

6、行，VBVC,在地面上的观察者将看 到（） A. A 钟走得最快 B. B钟和C钟走得一样快 C. C 钟走得最慢 D. A 钟走得最慢 【解析】 地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大.根据 C. t A. B. 公式 t = 可知，相对于观察者的速度 v越大，其上的时间进程越慢.地面上的时 在垂直飞船前进方向地面上的观察者测得这个光源发出的光的速度为 在地面上任何地方的观察者测得这个光源发出的光的速度都是 【解析】 由光速不变原理可知 C D 选项正确. 【答案】 CD 8. （多选） （2013 咸阳高一检测）关于光的波粒二象性，正确的说法是 （ ） A. 光的频率

7、愈高，光子的能量愈大，粒子性愈不明显 B. 光的波长愈长，光子的能量愈小，波动性愈明显 C. 频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D. 个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性 【解析】 干涉、衍射现象表明光具有波动性， 光电效应现象表明光具有粒子性，因此 任何光波都具有波粒二象性.选项 C 错误.但波长越长，频率愈低的光波，干涉和衍射愈容 易发生，波动性愈显著；频率愈高，光子的能量越大，愈容易发生光电效应，粒子性愈显著.故 选项 A错 B 正确.让光子一个一个的通过双缝，曝光时间短时，底片上呈现不规则分布的点子， 曝光时间长时，钟v= 0，它所记录

8、的两事件的时间间隔最大，即地面上的时钟走得最快. 【答案】 AC 6 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 0.8 倍，此时质量m与 原质量m的关系为（ ） A. m= na B. m= 0.5 n C. m= 1.155 m 5m D. m=可 【解析】 由于电子的速度接近光速， 所以质量变化明显, 根据爱因斯坦狭义相对论中 m 运动质量与静止质量的关系， n= v2得 、/l-F m 5m m= 16= 3 故 D 对. .1 - 25 【答案】 D 7. （多选）设某人在以速度为 0.7 C的飞船上，打开一个光源, 则下列说法正确的是（ A. 飞船正前方地面上的观察者测

9、得这个光源发出的光的速度为 1.7 C B. 飞船正后方地面上的观察者测得这个光源发出的光的速度为 0.3 c C. D. A. B. 底片上呈现干涉条纹，说明光子在空间出现的概率遵循波的规律.所以 项 正确. 【答案】 BD 9. 次级宇宙射线中有一种粒子叫 卩子，寿命只有 2.0 卩 s,其速度约为 0.99 c,在它的 寿命之内运动的距离只有约 590 m,但它生成的高度在 100 km 以上，并且地面上能观测到宇 宙射线中有许多 卩子.针对这一现象，下列说法正确的是 （ ） A. 地面上的观测者观测到的 卩子的寿命比 2.0 卩 s 长得多，故能射到地面 B. 随子一起运动的观测者观测

10、到大气层厚度比 100 km 薄得多，故能射到地面 C. 地面上的观测者观察到大气层厚度比 100 km 薄得多，故能射到地面 D. 随子一起运动的观测者观测到 卩子的寿命比 2.0卩 s 长得多，故能射到地面 【解析】一个相对于我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程， 在我们看来，它所 经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长. 即地面上的观测者观测到的 卩子的寿命 比 2.0 卩 s 长得多，所以在地面上的人看来，它生成的长度也大得多，故能射到地面. 【答案】 A 10. 如果真空中的光速为 c = 3X 108 m/s，当一个物体的运动速度为 Vi = 2.4 X 10 8 m/s

11、时，质量为 4 kg，当它的速度为V2= 1.8 X 108 m/s 时，质量为多少？ V2 1 _ c 2 所以m = V 1- c 3 所以 m=4m= 3 kg 【答案】 3 kg 11. （2013 上饶高一检测）某列车静止时的长度为 100 m. （1）当它以 30 m/s的速度做匀速直线运动时，对地面上的观察者来说它的长度是多少？ 假如列车做匀速直线运动的速度达到 2.7 X 10 8 m/s，对地面上的观察者来说它的长 度又是多少? 【解析】 （1）当列车以 30 m/s的速度做匀速直线运动时，对地面上的观察者来说，它 A 30 一 2 的长度是 L1 = 100X、J 1- 3

12、.0 X 10 m 99.999 99 9 999 999 5 m ，即缩短了 0.5 pm. 【解析】 根据狭义相对论: m= 由题意知m= V1 2 c m= V2 1 c 2 4 5 =3 = 3 2 5 假如列车做匀速直线运动的速度达到 2.7 X 10 8 m/s，对地面上的观察者来说，它的 2.7 X 108 长度是 L2 = 100X1 3.0 X 108 2 nr43.6 m，即缩短了 56.4 m 【答案】 (1)0.5 pm (2)56.4 m 12. 光具有波粒二象性， 光子的能量E= hv,其中频率表征波的特性在爱因斯坦提出 光子说之前，法国物理学家德布罗意提出了光子动量 p与光波波长的关系为： h p=Y.若某激光管以FW尸 60 W 的功率发射波长 入=6.63 X 10 m 的光束，试根据上述理 论计算，该管在 1 s 内发射出多少个光子？（普朗克常量h= 6.63 X 10 34 J s） 【解析】 根据波长、