高中物理沪科技版（2020）必修第二册相对论初步优质导学案

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▉题型1 狭义相对论的原理和两个基本假设
【知识点的认识】
狭义相对论的两个基本假设
（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的．
1．在1905年爱因斯坦提出了狭义相对论理论，此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下观察到的不同现象，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大小都是相同的
C．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大
D．狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体
2．如图所示，强强乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（ ）
A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c
3．以下说法正确的是（ ）
A．开普勒提出日心说，并指出行星绕太阳转动其轨道为椭圆
B．卡文迪许测量出万有引力常量，并提出万有引力定律
C．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力
D．洲际导弹的速度有时可达到6000m/s，此速度在相对论中属于高速，导弹的质量会明显增大
4．如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为10m。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（ ）
A．测得照到前壁的光速度小于c
B．观测到飞船上的时间进程比教室慢
C．测得教室的长度小于10m
D．观察到光同时到达前、后壁
5．关于经典力学理论，下述说法中正确的是（ ）
A．经典力学是过时和错误的
B．经典力学适用于宏观、低速、弱引力场
C．经典力学认为时空是相对的
D．经典力学可以预言各种尺度下的运动
6．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C．假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测定A、C两塔被照亮的顺序是（ ）
A．同时被照亮B．A先被照亮
C．C先被照亮D．无法判断
7．你现在正在完成60分钟的物理考试，假设一艘飞船相对你以0.3c的速度匀速飞过（c为真空中的光速），从理论上看，飞船上的观察者认为你考完这场考试所用时间 60分钟。（填“＞”或“＜”）
8．如果光速只有c3甚至更小，相对论效应会 （选填“更显著”还是“更不容易看到”），如果引力常量G增大，牛顿力学的适用范围是 （选填“变大”还是“变小”）
9．在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度 （填写“相同”或“不同”），判断依据是 。

▉题型2 广义相对论
【知识点的认识】
1.广义相对相对性原理和等效原理
（1）广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是相同的。
（2）等效原理：一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
2.广义相对论的几个结论
（1）物质的引力使线弯曲。
（2）引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。与这一结论相关的现象是引力红移。
10．下列有关物理学的描述中，正确的是（ ）
A．经典力学在描写世界的运动规律时，认为时间、空间与物质及其运动有关
B．经典力学是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论，因此没有局限性
C．在广义相对论中，时间、空间、物质及运动是紧密联系在一起的
D．在狭义相对论中，认为运动时长度会收缩、时钟会变快、质量会变小
11．根据相对论的知识分析，下列说法正确的是（ ）
A．经过太阳周边的光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用
B．牛顿是狭义相对论和广义相对论的创立者
C．引力场越强的位置，时间进程越快
D．广义相对论可以解释引力红移现象
12．中国空间站包括天和核心舱、梦天实验舱、问天实验舱、载人飞船和货运飞船五个模块组成。
（1）学习了广义相对论后，某同学设想通过使空间站围绕过环心并垂直于环面的中心轴旋转，使空间站中的航天员获得“人造重力”解决太空中长期失重的问题。广义相对论的基本原理是（ ）
A．相对性原理
B．光速不变原理
C．等效原理
D．广义相对性原理
E．质能关系
（2）如图所示，空间站的环状管道外侧壁到转轴的距离为r。航天员（可视为质点）站在外侧壁上随着空间站做匀速圆周运动，为了使其受到与在地球表面时相同大小的支持力，空间站的转速应为 （地面重力加速度大小用g表示），人感受到的“重力”方向 （选填：“指向”或“远离”）转动中心。
（3）中国空间站绕地球运行方向如图所示，由于地球遮挡阳光，空间站内宇航员在一天内会经历多次日落日出。太阳光看作平行光，空间站经历一次日落到日出转过的圆心角为2θ，则空间站线速度大小与第一宇宙速度大小之比为（ ）
A．1sinθ
B．sinθ
C．1sinθ
D．sinθ
13．（1）一颗在赤道上空做匀速圆周运动的人造卫星，其轨道半径上对应的重力加速度为地球表面重力加速度的九分之一，已知地球半径为R，则该卫星离地面的高度为 。
A.R
B.2R
C.3R
D.4R
（2）如图所示，甲同学乘速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的乙同学，乙同学的飞行速度为0.5c，甲同学向乙同学发出一束光进行联络，则甲同学观测到该光束的传播速度为 。
A.c
（3）（多选）广义相对论是狭义相对论的推广，也是牛顿引力理论的推广，是我们理解天体物理和宇宙学的重要理论基础。下列不属于广义相对论的是 。
A.引力场中的谱线红移
B.水星公转轨道的近日点进动
C.引力场中的时钟变慢
D.物体的运动速度越大，运动质量越大
（4）地球与火星质量的比值约为9、半径的比值约为2。在火星表面的天问一号内，质量1kg的仪器受火星引力的大小约为 。
（A）0.2N
（B）2N
（C）4N
（D）48N
（5）如图所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行。A是极地轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a相等；c是地球同步卫星（即周期与地球自转周期相同的卫星），则 。
（A）a的周期比c大
（B）a、b的向心力一定相等
（C）a、b的速度大小相等
（D）a、b的向心加速度比c小
（6）2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行。若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是 。
A.核心舱的质量和绕地半径
B.核心舱的质量和绕地周期
C.核心舱的绕地角速度和绕地周期
D.核心舱的绕地线速度和绕地半径
14．牛顿和爱因斯坦是史上最伟大的物理学双星。牛顿为经典物理学的建立奠定了坚实的基础；爱因斯坦则将物理学带到巅峰，照亮了世纪。
（1）爱因斯坦的主要贡献是 。
A．发现哈勃定律
B．建立广义相对论
C．发现万有引力定律
D．准确测定引力常量
（2）用牛顿力学解释下列现象，遇到困难的是 。
A．引力波的产生
B．地球绕太阳公转
C．发射火星探测器
D．高铁由上海向北京高速运动
（3）关于牛顿第一定律的理解，下列说法中正确的是 。
A．力是维持物体运动的原因
B．力是改变物体运动状态的原因
C．静止于地面上的物体，没有惯性
D．宇宙飞船中的物体，惯性比其在地面时要大
（4）关于狭义相对论的理解，下列说法中正确的是 。
A．运动速度越大，物体的质量越小
B．物体沿运动方向的长度总保持不变
C．高速运动的时钟比其静止时走的更慢
D．真空中的光速随光源移动速度的增大而减小
（5）图2示为正、负电子对撞机部分装置图。加速器可以把一个质量me＝9.1×10﹣31kg的电子加速到具有Ek＝7.28×10﹣14J的动能，某同学依据牛顿力学知识，由v=2Ekme计算出电子的速度将达到4.0×108m/s，这样的计算结果是 的（选填“合理”或“不合理”）。由此可见：牛顿运动定律在 情况下有局限性。
（6）如图3（a），某人拉着皮箱在水平地面上匀速向右运动，请用小圆点代替皮箱，在图3（b）中画出皮箱的受力示意图。。若观测者坐在速度v＝2.0×108m/s的向右飞驰而来的列车上，则其观察到皮箱的宽度L将 。（选填“变大”、“不变”或“变小”）
题型1 狭义相对论的原理和两个基本假设
题型2 广义相对论