備戰(zhàn)2019年高考物理 考點一遍過 考點72 相對論（含解析）

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1、相對論 一、時間和空間的相對性 1．“同時”的相對性 （1）經典的時空觀：在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察也是相同的。 （2）相對論的時空觀：“同時”具有相對性，即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察不一定同時。 2．“長度”的相對性 （1）經典的時空觀：一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同。 （2）相對論的時空觀：“長度”也具有相對性，一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止時的長度小。 3．時間間隔的相對性 （1）經典的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時間間隔總是相同的。 （

2、2）相對論的時間觀：某兩個事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時間間隔是不同的。 4．相對論時空觀 （1）經典時空觀：空間和時間是脫離物質存在的，是絕對的，空間和時間之間也是沒有聯(lián)系的。 （2）相對論時空觀：空間和時間與物質的運動狀態(tài)有關。 二、狹義相對論 1．狹義相對論的基本假設 （1）在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。 （2）真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。 2．時間間隔的相對性。 3．長度的相對性。 4．相對論的速度變換公式。 5．相對論質量。 6．質能方程E=mc2。 三、對狹義相對論的理解 1．慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考

3、系中成立，這個參考系叫做慣性系。相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。 2．光速的大小與選取的參考系無關，因為光速是從麥克斯韋方程組中推導出來的，無任何前提條件。 3．狹義相對論認為物體的質量m與物體的速度v有關，其關系式為。 四、廣義相對論 1．廣義相對論的兩個基本原理 （1）廣義相對性原理：在任何參考系中物理規(guī)律都是一樣的。 （2）等效原理：一個不受引力作用的加速度系統(tǒng)跟一個受引力作用的慣性系統(tǒng)是等效的。 2．廣義相對論的幾個結論： （1）光在引力場中傳播時，將會發(fā)生偏折，而不再是直線傳播； （2）引力場使光波發(fā)生頻移； （3）引力場中時間會延緩，引力

4、越強，時鐘走得越慢； （4）有質量的物質存在加速度時，會向外輻射出引力波。 （2018·河北省邢臺市第二中學）下列說法中不正確的是 A．一根桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，這是經典物理學家的觀點 B．一根沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小 C．一根桿的長度靜止時為，不管桿如何運動，桿的長度均小于 D．如果兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們一起運動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了 【參考答案】C 【詳細解析】經典物理學家的觀點認為，一根桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，故A正確；根據，知沿自身長度方向運

5、動的桿其長度總比桿靜止時的長度小，故B正確；一根桿的長度靜止時為l0，當桿運動的方向與桿垂直時，桿的長度不發(fā)生變化，故C錯誤；根據相對論時空觀的觀點，兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們一起運動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了，故D正確．本題選擇不正確的，故選C。 1．甲乘客乘坐在接近光速的火車上，乙觀察者站在鐵軌附近的地面上，甲、乙兩人手中各持一把沿火車前進方向放置的米尺。則下列說法正確的是 A．甲看到乙手中尺子長度比甲看到自己手中的尺子長度要長 B．甲看到乙手中尺子長度比甲看到自己手中的尺子長度要短 C．乙看到甲手中尺子長度比乙看到自己手中的尺子長度要長 D

6、．乙看到甲手中尺子長度比乙看到自己手中的尺子長度要短 【答案】BD 【解析】在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，乙手中的尺相對于甲接近光速運動，所以甲看到乙手中的尺的長度比乙看到自己手中的尺的長度短，故A錯誤，B正確；甲手中的尺相對于乙接近光速運動，所以乙看到甲手中的尺的長度比甲看到自己手中的尺的長度短，故C錯誤，D正確。 【名師點睛】此題考查狹義相對論的基本結論，根據狹義相對論的尺縮效應即在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，當速度接近光速時，尺子縮成一個點；要熟記并理解它，可以解決所有關于狹義相對論的問題。 2．（2018·湖南省岳陽縣一中高二下學期期中考試）有兩只對準的

7、標準鐘，一只留在地面上，另一只放在高速飛行的飛船上，則下列說法正確的是 A．飛船上的人看到自己的鐘比地面上的鐘走得慢 B．地面上的人看到自己的鐘比飛船上的鐘走得慢 C．地面上的人看到自己的鐘比飛船上的鐘走得快 D．因為是兩只對準的標準鐘，所以兩鐘走時快慢相同 【答案】C 【解析】根據愛因斯坦的狹義相對論，得到運動延遲的效應；故地面上的人看到飛船上的鐘變慢了，飛船上的人以自己為參考系，認為地球在高速運動，故看到地球上的鐘變慢了，C正確。 （2018·江蘇省高淳高級中學高三期初調研模擬）如下圖所示，強強乘坐速度為0.9c（c為光速）的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為

8、0.5c。強強向壯壯發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為________。（填寫選項前的字母） A．0.4 c B．0.5 c C．0.9 c D．1.0 c 【參考答案】D 【詳細解析】根據愛因斯坦相對論，在任何參考系中，光速不變，即光速不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。所以壯壯觀測到該光束的傳播速度為c，所以ABC錯誤，D正確。故選D。 1．（2018·山東煙臺市高三上學期期中考試）許多科學家在物理學發(fā)展過程中做出了重要貢獻，下列說法中正確的是 A．牛頓通過理想斜面實驗提出

9、力并不是維持物體運動的原因 B．伽利略發(fā)現了行星運動的規(guī)律 C．卡文迪許通過實驗測出了引力常量 D．愛因斯坦相對論的創(chuàng)立表明牛頓運動定律是錯誤的 【答案】C 【解析】伽利略通過理想斜面實驗提出力并不是維持物體運動的原因，選項A錯誤；開普勒發(fā)現了行星運動的規(guī)律，選項B錯誤；卡文迪許通過實驗測出了引力常量，選項C正確；愛因斯坦創(chuàng)立了相對論，相對論的創(chuàng)立并不表明經典力學已不再適用，其實，相對論與經典力學適用的范圍不同，經典力學只適用于宏觀低速物體，而高速物體適用于相對論。故D錯誤；故選C。 2．質子在加速器中被加速，當其動能為靜止能量的4倍時，其質量為靜止質量的幾倍？ A．4

10、 B．5 C．6 D．8 【答案】B 【解析】根據質量與速度的關系：m=，當其質量為靜止質量的5倍時，，所以。根據相對論中的動能表達式求出粒子的動能，當時得：，，根據質量與速度的關系：m=，代入數據得：，故B正確。 1．（2018·河南省鄭州一中高二下學期月考）愛因斯坦相對論的提出，是物理學思想的重大革命，因為它 A．揭示了時間、空間并非絕對不變的屬性 B．借鑒了法國科學家拉瓦錫的學說 C．否定了牛頓力學的原理 D．修正了能量、質量互相轉化的理論

11、 2．關于相對論，下列說法中正確的是 A．在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B．真空中的光速在不同的慣性參考系中不同 C．一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度大 D．微觀粒子的運動速度很高，它的質量明顯地大于靜止質量 3．（2018·上海市金山中學高二下學期期末二模）下列說法正確的是 A．可以利用紫外線的熱效應對物體進行烘干 B．根據麥克斯韋的電磁理論，變化的電場周圍一定可以產生電磁波 C．光的偏振現象證明了光是一種縱波 D．火車以接近光速行駛時，我們在地面上測得車廂前后的距離變小了 4．下列關于經典力學的時空觀，正確的是 A．經典力學的

12、時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說是同時發(fā)生的 B．在經典力學的時空觀中，空間間隔是絕對的，即任何事件（或物體的運動）所經歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關 C．在經典力學的時空觀中，時間間隔是絕對的，即如果各個參考系中用來測量長度的標準相同，那么空間兩點距離是絕對的不變的量值，而與參考系選取無關 D．經典力學的時空觀就是一個相對的時空觀，時間與空間、物體的運動有關 5．關于狹義相對論的描述，下列說法正確的是 A．物體的質量可以轉化為能量 B．質量、長度的測量結果都與物體相對觀察者的相

13、對運動狀態(tài)無關 C．時間的測量結果與物體相對觀察者的運動狀態(tài)無關 D．一切運動的物體相對于觀察者的速度都不能大于真空中的光速 6．（2018·河南省焦作市高二下學期聯(lián)合考試）下列說法正確的是 A．聲波在空氣中傳播時是一種橫波 B．波形曲線表示介質中“某個質點”在“各個時刻”的位移 C．根據麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場周圍產生變化的磁場 D．由愛因斯坦的狹義相對論可知，真空中的光速對于任何慣性參考系都相同 7．下列屬于廣義相對論結論的是 A．尺縮效應 B．時間變慢 C．光線在引力場中彎曲 D．水星近日點的進動 8．經典力學有一定的適用范圍和局限性，不適合用經典力

14、學描述的運動是 A．子彈的飛行 B．飛船繞地球的運行 C．列車的運行 D．粒子接近光速的運動 9．（2018·遼寧省錦州高三教學質量檢測理綜）下列說法中正確的是 A．光是一種橫波，因為它沒有偏振現象 B．麥克爾孫一莫雷實驗結果表明：光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關系 C．實驗表明，只有當縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或比波長更小時才能觀察到明顯的衍射現象 D．相對論的質能方程最早是由麥克斯韋提出的 10．如果你以接近于光速的速度向一星體勻速飛行，你可以發(fā)覺 A．你的質量在增加 B．你的心臟跳動在慢下來 C．你在變小 D．你永遠不能由自身的變化知道你的

15、速度 11．假設有一名考生用90分鐘完成了一場考試，一艘飛船相對此考生以0.5c的速度勻速飛過（c為真空中的光速），則飛船上的觀察者認為此考生考完這場考試所用的時間 A．小于90分鐘 B．等于90分鐘 C．大于90分鐘 D．等于45分鐘 12．（2018·江蘇省鹽城市高三摸底考試）列車靜止時，車廂長度與沿軌道方向排列的相鄰電線桿間距離相等。當列車以接近光速行駛，車上的乘客觀測車廂長度與相鄰電線桿間距離，所得出的結論是 A．車廂長度大于相鄰電線桿間距離 B．車廂長度小于相鄰電線桿間距離 C．向前觀測時車廂長度小于相鄰電線桿間距離 D．向后觀測時車廂長度小于相鄰電線桿間距離

16、 13．甲、乙、丙是三個完全相同的時鐘，甲放在地球上，乙、丙分別放在兩個高速運動的火箭上，以速度v乙和v丙向同一方向遠離地球飛行，v乙

17、論是宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和量子力學都是適用的 15．A、B兩火箭沿同一方向高速飛過地面的某處，vA>vB，在火箭上的人觀察結果正確的是 A．火箭A上的時鐘走得最快 B．地面上的時鐘走得最快 C．火箭B上的時鐘走得最快 D．火箭B上的時鐘走得最慢 16．如圖所示，假設一根10 m長的梭鏢以0.9c的速度穿過一根 10 m長的管子，它們的長度都是在靜止狀態(tài)下測量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過管子的情況的是 A．梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B．管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來 C．兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個位

18、置，管子恰好遮住梭鏢 D．所有這些都與觀察者的運動情況有關 17．火箭以c的速度飛離地球，在火箭上向地球發(fā)射一束高能粒子，粒子相對地球的速度為c，其運動方向與火箭的運動方向相反。則粒子相對火箭的速度大小為 A．c B． C．c D． 18．（2018·遼寧省新民市第一高級中學高二下學期期末復習）在物理學發(fā)展的過程中，許多物理學家的發(fā)現推動了人類歷史的進步，下列說法正確的是 A．伽利略發(fā)現了單擺振動的周期性，惠更斯確定了計算單擺周期的公式 B．楊氏干涉實驗證明了

19、光具有波動性 C．泊松亮斑的發(fā)現有力地支持了光的粒子學說 D．麥克斯韋預言并用實驗證明了電磁波的存在 E．愛因斯坦的相對論認為，長度、質量和時間都是隨速度而變化的 19．（2018·遼寧省大連市第二十四中學高考模擬）在狹義相對論中，下列說法正確的有 A．在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B．質量、長度的測量結果與物體相對觀察者的相對運動狀態(tài)無關 C．物體的質量永遠不變 D．物體的能量與質量成正比 E．真空中光速在不同的慣性系中都是相同的 20．地球上一觀察者看見一飛船A以速度2.5×108 m/s從他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0×108 m/s 跟隨A飛行。求：

20、 （1）A上的乘客看到B的相對速度； （2）B上的乘客看到A的相對速度。 21．（2017·江蘇卷）接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有 A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快 B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢 C．地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D．地球上的人觀測到地球上的鐘較慢 22．（2016·江蘇卷）一艘太空飛船靜止時的長度為30 m，它以0.6c（c為光速）的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是 A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m B．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m

21、 C．飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于c D．地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c 1．A【解析】運動的鐘變慢，運動的尺縮短，運動物體的質量變大，這是狹義相對論的幾個重要的效應，揭示了時間、空間并非絕對不變的屬性，故A正確；愛因斯坦相對論借鑒法國科學家拉瓦錫的學說，但“借鑒”不等于“革命”，故B錯誤；直接說“否定了牛頓力學的原理”是沒有一分為二的認識，愛因斯坦相對論解釋了經典牛頓力學不能解釋的高速、微觀范圍，但狹義相對論在狹義相對性原理的基礎上統(tǒng)一了牛頓力學和麥克斯韋電動力學兩個體系，指出它們都服從狹義相對性原理，即沒有否定牛頓力學的原理，故C錯

22、誤；狹義相對論給出了物體在高速運動下的運動規(guī)律并提示了質量與能量相當，修正了能量、質量互相轉化的理論，但“修正”也算不上革命，故D錯誤。所以A正確，BCD錯誤。 2．AD【解析】在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，故A正確；相對論告訴我們，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，故B錯誤；一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小，故C錯誤；微觀粒子的運動速度很高，它的質量明顯地大于靜止質量，選項D正確。 4．ABC【解析】經典的時空觀認為，時間、空間均是絕對的，與物體的運動狀態(tài)無關。同時也是絕對的，即在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在不同參考系中觀察也是

23、同時發(fā)生的，故ABC正確，D錯誤。 5．D【解析】愛因斯坦狹義相對論的質能方程為E=mc2，質速效應方程為m=，尺縮效應方程，運動延遲效應方程。質量和能量是物體的兩個不同的屬性，不能相互轉化，根據質能方程E=mc2，只能說物體的能量與質量成正比，故A錯誤；根據愛因斯坦狹義相對論，物體的質量隨速度的變化而變化，長度有尺縮效應，故B錯誤；根據愛因斯坦狹義相對論，時間也是相對的，有運動延遲效應，故C錯誤；愛因斯坦狹義相對論中，光速是物體速度的極限，一切運動的物體相對于觀察者的速度都不能大于真空中的光速，故D正確。 7．CD【解析】根據狹義相對論，運動物體的質量變大、時間延遲、長度縮短；根據廣

24、義相對論，光線在引力場中彎曲、水星近日點的進動。尺縮效應是在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，當速度接近光速時，尺子縮成一個點，故A錯誤；鐘慢效應是運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了，故B錯誤；光線在引力場中彎曲與廣義相對論有關，故C正確；水星近日點的進動與廣義相對論有關，故D正確。 8．D【解析】子彈的飛行、飛船繞地球的運行及列車的運行都屬低速，經典力學能適用。而粒子接近光速運動，則經典力學就不再適用，故選D。 9．BC【解析】A．光是一種橫波，光能發(fā)生偏振。故A項錯誤。B．麥克爾孫—莫雷實驗結果表明：光速與光源、觀察者間的相對運動

25、沒有關系。故B項正確。C．實驗表明，只有當縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或比波長更小時才能觀察到明顯的衍射現象。故C項正確。D．相對論的質能方程最早是由愛因斯坦提出的，故D項錯誤。 10．D【解析】相對論的基本概念是：當你被關在一個封閉的房子中時，你絕對無法知道房子是否在做勻速運動。當房子突然停止運動時，在其中的人是能夠感知這一點的；當房子突然開始運動時，其內部的人也能有感覺；當房子旋轉時，關在其內部的人也能說出它在轉動。但如果房子是在做勻速直線運動。即沒有任何加速度，則在其內部的人就無法知道房子是否在移動。即使房子有一個窗戶，你從窗戶向外看，看見某些東西在朝你移動，但你仍說不出

26、是你的房子在向這些東西移動，還是這些東西在向你的房子移動，所以宇航員以飛船為慣性系，其相對于慣性系的速度始終為零，因此他不可能發(fā)現自身的變化，故D正確，ABC錯誤。 11．C【解析】根據可得，C正確。 12．A【解析】當列車以接近光速行駛，電線桿相對于列車的速度也接近光速，根據愛因斯坦相對論效應可知，相鄰電線桿間距離將要縮短，而車上的乘客觀測車廂的長度不變，則車廂長度大于相鄰電線桿間距離，與觀察的方向無關，故A正確，BCD錯誤。 13．C【解析】鐘慢效應：運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了；甲時鐘放在地面上，在地面上的人看來，甲鐘沒有變化

27、。乙、丙兩鐘放在兩個火箭上，根據愛因斯坦相對論可知，乙、丙變慢，由于，丙鐘比乙鐘更慢，所以甲鐘最快，丙鐘最慢，C正確。 15．A【解析】因為當一個慣性系的速度比較大時，符合，速度越大，越大。因為vA>vB，所以ΔtA′>ΔtB′。故選A。 16．D【解析】如果你是在相對于管子靜止的參考系中觀察運動著的梭鏢，那么梭鏢看起來就比管子短，在某些位置梭鏢會完全處在管子內部，然而當你和梭鏢一起運動時，你看到的管子就縮短了，所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子，故D正確。 22．B【解析】根據狹義相對論可知，沿相對運動方向的長度縮短，所以地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m，飛船上的人測量飛船的長度等于30 m，所以A錯誤，B正確；根據光速不變原理，飛船上和地球上測量光的速度都等于c，故CD錯誤。 13