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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)典時空觀：空間和時間是脫離物質(zhì)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(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)。 二、狹義相對論 1．狹義相對論的基本假設(shè) （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(zhì)量。 6．質(zhì)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(guān)，因為光速是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的，無任何前提條件。 3．狹義相對論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān)，其關(guān)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(jié)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(zhì)量的物質(zhì)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(xué)）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(jīng)典物理學(xué)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(rèn)為對方的桿縮短了 【參考答案】C 【詳細(xì)解析】經(jīng)典物理學(xué)家的觀點認(rèn)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(jù)，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(dāng)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(jù)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(rèn)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(jié)論，根據(jù)狹義相對論的尺縮效應(yīng)即在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，當(dāng)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(guān)于狹義相對論的問題。 2．（2018·湖南省岳陽縣一中高二下學(xué)期期中考試）有兩只對準(zhǔn)的

7、標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)鐘，所以兩鐘走時快慢相同 【答案】C 【解析】根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，得到運動延遲的效應(yīng)；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(rèn)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(xué)高三期初調(diào)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(luò)，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(xì)解析】根據(jù)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(xué)期期中考試）許多科學(xué)家在物理學(xué)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(xiàn)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(xiàn)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(jīng)典力學(xué)已不再適用，其實，相對論與經(jīng)典力學(xué)適用的范圍不同，經(jīng)典力學(xué)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(zhì)子在加速器中被加速，當(dāng)其動能為靜止能量的4倍時，其質(zhì)量為靜止質(zhì)量的幾倍？ A．4

10、 B．5 C．6 D．8 【答案】B 【解析】根據(jù)質(zhì)量與速度的關(guān)系：m=，當(dāng)其質(zhì)量為靜止質(zhì)量的5倍時，，所以。根據(jù)相對論中的動能表達式求出粒子的動能，當(dāng)時得：，，根據(jù)質(zhì)量與速度的關(guān)系：m=，代入數(shù)據(jù)得：，故B正確。 1．（2018·河南省鄭州一中高二下學(xué)期月考）愛因斯坦相對論的提出，是物理學(xué)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(xué)家拉瓦錫的學(xué)說 C．否定了牛頓力學(xué)的原理 D．修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論

11、 2．關(guān)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(zhì)量明顯地大于靜止質(zhì)量 3．（2018·上海市金山中學(xué)高二下學(xué)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(yīng)對物體進行烘干 B．根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，變化的電場周圍一定可以產(chǎn)生電磁波 C．光的偏振現(xiàn)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(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀，正確的是 A．經(jīng)典力學(xué)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(jīng)典力學(xué)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(jīng)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(guān) C．在經(jīng)典力學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(guān) D．經(jīng)典力學(xué)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(guān) 5．關(guān)于狹義相對論的描述，下列說法正確的是 A．物體的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量 B．質(zhì)量、長度的測量結(jié)果都與物體相對觀察者的相

13、對運動狀態(tài)無關(guān) C．時間的測量結(jié)果與物體相對觀察者的運動狀態(tài)無關(guān) 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(xué)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(zhì)中“某個質(zhì)點”在“各個時刻”的位移 C．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場周圍產(chǎn)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(jié)論的是 A．尺縮效應(yīng) 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(jīng)典力學(xué)有一定的適用范圍和局限性，不適合用經(jīng)典力

14、學(xué)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(xué)質(zhì)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(xiàn)象 B．麥克爾孫一莫雷實驗結(jié)果表明：光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系 C．實驗表明，只有當(dāng)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(xiàn)象 D．相對論的質(zhì)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(zhì)量在增加 B．你的心臟跳動在慢下來 C．你在變小 D．你永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道你的

15、速度 11．假設(shè)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(rèn)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(dāng)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(jié)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(yuǎn)離地球飛行，v乙

17、論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)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(jié)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(shè)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?fàn)顟B(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(guān) 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(xué)高二下學(xué)期期末復(fù)習(xí)）在物理學(xué)發(fā)展的過程中，許多物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)有力地支持了光的粒子學(xué)說 D．麥克斯韋預(yù)言并用實驗證明了電磁波的存在 E．愛因斯坦的相對論認(rèn)為，長度、質(zhì)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(xué)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(zhì)量、長度的測量結(jié)果與物體相對觀察者的相對運動狀態(tài)無關(guān) C．物體的質(zhì)量永遠(yuǎn)不變 D．物體的能量與質(zhì)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(zhì)量變大，這是狹義相對論的幾個重要的效應(yīng)，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(xué)家拉瓦錫的學(xué)說，但“借鑒”不等于“革命”，故B錯誤；直接說“否定了牛頓力學(xué)的原理”是沒有一分為二的認(rèn)識，愛因斯坦相對論解釋了經(jīng)典牛頓力學(xué)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(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動力學(xué)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(xué)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(zhì)量與能量相當(dāng)，修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)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(zhì)量明顯地大于靜止質(zhì)量，選項D正確。 4．ABC【解析】經(jīng)典的時空觀認(rèn)為，時間、空間均是絕對的，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。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(zhì)能方程為E=mc2，質(zhì)速效應(yīng)方程為m=，尺縮效應(yīng)方程，運動延遲效應(yīng)方程。質(zhì)量和能量是物體的兩個不同的屬性，不能相互轉(zhuǎn)化，根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，只能說物體的能量與質(zhì)量成正比，故A錯誤；根據(jù)愛因斯坦狹義相對論，物體的質(zhì)量隨速度的變化而變化，長度有尺縮效應(yīng)，故B錯誤；根據(jù)愛因斯坦狹義相對論，時間也是相對的，有運動延遲效應(yīng)，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(jù)狹義相對論，運動物體的質(zhì)量變大、時間延遲、長度縮短；根據(jù)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(yīng)是在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，當(dāng)速度接近光速時，尺子縮成一個點，故A錯誤；鐘慢效應(yīng)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(guān)，故C正確；水星近日點的進動與廣義相對論有關(guān)，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(jīng)典力學(xué)能適用。而粒子接近光速運動，則經(jīng)典力學(xué)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(jié)果表明：光速與光源、觀察者間的相對運動

25、沒有關(guān)系。故B項正確。C．實驗表明，只有當(dāng)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(xiàn)象。故C項正確。D．相對論的質(zhì)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(dāng)你被關(guān)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(dāng)房子突然停止運動時，在其中的人是能夠感知這一點的；當(dāng)房子突然開始運動時，其內(nèi)部的人也能有感覺；當(dāng)房子旋轉(zhuǎn)時，關(guān)在其內(nèi)部的人也能說出它在轉(zhuǎn)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(nèi)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(xiàn)自身的變化，故D正確，ABC錯誤。 11．C【解析】根據(jù)可得，C正確。 12．A【解析】當(dāng)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(jù)愛因斯坦相對論效應(yīng)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(guān)，故A正確，BCD錯誤。 13．C【解析】鐘慢效應(yīng)：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(jù)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(dāng)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(nèi)部，然而當(dāng)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(jù)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(jù)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