1、章末分层突破自我校对光速 l0等效 弯曲_狭义相对论1.狭义相对论的基本原理(1)狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学)等对于所有惯性系都具有相同的形式(2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关2时间的相对性运动的时钟变慢：t .3长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小公式为ll0.如图61所示，列车以速度v匀速运动，在车厢里的人量得车厢高为d，一相对于车厢静止放在地板上的尺子的长度为L0.请思考：(1)地面上的人量得的车厢高度为多少？(2)地面上的人测得的尺子的长度为多少？图61【解析】(1)在垂直于运动方向上
2、长度不变，所以在竖直方向上车厢高度不变，所以地面上的人量得车厢高度为d.(2)由长度的相对性，尺子的长度为：LL0.【答案】(1)d(2)L0解决长度的相对性问题，应当注意(1)“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，这种长度收缩并非幻觉，并非看上去短了，它的确变短了，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动的速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著(2)在具体计算中要明确，长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩，在垂直于运动方向上的长度没有变化广义相对论1.广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性系)中物理规律都是相同的(2)等效原理：
3、匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分2广义相对论的时空结构弯曲时空(1)引力场中，时钟变慢(2)在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲下列说法中正确的是()A光线在引力场中仍沿直线传播B强引力场作用可使光谱线向红端偏移C引力场越强的位置，时间进程越慢D引力场越强的位置，时间进程越快E由于物质的存在，实际的空间是弯曲的【解析】根据广义相对论的结论，由于太阳引力场的影响，使得光线发生弯曲，A错误强引力场作用使光的波长变长、频率变低，所以光谱线向红端偏移，B正确引力场越强的位置，时间进程越慢，所以C正确、D错误物质的引力使得空间变形，发生弯曲，所以E正确【答案】BCE1.(2016徐
4、州一中检测)如图62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，列车上的观测者测得A、C两铁塔被先照亮的是_图62【解析】由“同时”的相对性可知，列车上的观察者观察到光信号先到达C.【答案】C2(2016苏州一中检测)假如一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v0.9c的火箭飞往大角星，而后又飞回地球根据A在地球上的观测，大角星离地球有40万光年远，这次B往返飞行经历时间为80.8年如果B在离开地球时，他们的年龄都为20岁，则当B回到地球时，A的年龄为_岁，B的年龄为_岁. 【导学号：78510077】【解析】设B在火箭惯性系中经
5、历的时间为t，根据时间延缓效应得：t，即80.8，解得t35.2年所以B回到地球时的年龄为2035.255.2(岁)A的年龄为100.8(岁)【答案】100.855.2章末综合测评(四)光的干涉 衍射 偏振相对论与天体物理(时间：60分钟满分：90分)1.(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)关于杨氏实验，下列说法中正确的是()A两波源只要具有相同的频率和振动方向，两列波相遇时就能产生干涉现象B单色光通过单缝后射向两个靠得很近的狭缝可作为振动情况总是相同的波源C两波源发出的光波在波谷与波谷叠加的地方，光相互抵消或者削弱，屏
6、上出现暗条纹D两个波源发出的光波在波峰与波峰叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹E两波源发出的光波在波峰与波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，屏上出现暗条纹(2)(10分)如图1所示，实线表示两个相干光源S1、S2发出光的波峰位置，则对于图中的a、b两点，_点为振动加强的位置，_点为振动减弱的位置图1【解析】(1)在杨氏实验中，两个狭缝的光源来自同一光源，具有相同的频率、相位和振动方向，具备干涉条件，所以通过两个狭缝的光在屏上叠加，波峰和波峰叠加的地方，波谷和波谷叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹，波峰和波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，形成暗条纹，所以，选项B、D、E正确，A、C错误(2
7、)由图可知，b到S1、S2的距离相等，即路程差r0，故b点为加强点a到S1、S2的距离不等，且路程差r1.5，故a点为减弱点【答案】(1)BDE(2)ba2(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是() 【导学号：78510078】A不同颜色的光有可能发生干涉现象B不同颜色的光不可能发生干涉现象C光的强度不同有可能发生干涉现象D光的强度不同不可能发生干涉现象E光的强度相同不一定会发生干涉(2)(10分)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为61014Hz，两光源S1、S2的振动情况
8、恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3106m，如图2所示，则：图2P点是明条纹还是暗条纹？设O为到S1、S2路程相等的点，则PO间还有几条明纹，几条暗纹？(不包括O、P两处的条纹)【解析】(1)两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同颜色的光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故选项B正确，A错误；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C正确，D错误；光的强度相同时频率不一定相同，相位差也不一定恒定，故选项E正确(2)由波长计算公式得5107 mn6由于两光源的振动情况恰好相反，所以P为暗条纹O
9、点路程差为0，也是暗条纹，OP间还有5条暗条纹，6条亮条纹【答案】(1)BCE(2)暗条纹5条暗条纹，6条亮条纹3(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)在单缝衍射中，下列说法中正确的是()A将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C换用波长较大的光照射，衍射条纹间距变宽D增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽E增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变窄(2)(10分)在暗室中，一支点燃的蜡烛和纸屏之间放一不透明有小孔的板，说明当小孔直径由几厘米逐渐缩小至零点几毫米的过程中，从纸屏上将依次观察到哪些
10、现象？【解析】(1)当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距也越大；光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，故选项B、E错误，选项A、C、D正确(2)当圆孔直径在几厘米时，蜡烛每个发光点都可在屏上形成一个光斑，屏上出现的就是圆光斑叠加而成的模糊图象当圆孔缩至直径为几毫米时，由小孔成象原理在屏上出现倒立的烛焰的象小孔直径再缩至零点几毫米时，可以观察到光的衍射现象，屏上可以出现圆孔衍射的彩色圆环条纹【答案】(1)ACD(2)见解析4(1)(5分)(填正确答案标号选
11、对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)关于经典力学的时空观与相对论的时空观，下列说法正确的是()A在经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一个参考系中的观察者来说也是同时的B在相对论的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件(或物体运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关C在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离是绝对的不变的量值，而与参考系的选取无关D相对论的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间物体的运动无关E
12、相对论的时空观认为某事件经历的时间，会因参考系的不同而不同(2)(10分)飞船A以0.8c的速度相对于地球向正东飞行，飞船B以0.6c的速度相对于地球向正西飞行则飞船A相对于飞船B的速度为多少？【解析】(1)在经典力学的时空观中，同时是绝对的，选项A对；在相对论的时空观中，时间间隔是相对的，选项B错误；在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，选项C对；相对论的时空观是一个相对的时空观，选项D错误；相对论的时空观认为时间是相对的，跟参考系有关，故E正确(2)取飞船B为静止参考系S系，地球为运动参考系S系，自西向东为x(x)轴的正方向，则飞船A对运动参考系S的速度向东，为正方向，大小u0.8c，S
13、系(地球)对S系(飞船B)的速度方向向东也为正，大小v0.6c.由速度叠加公式可得，飞船A对飞船B的速度为u0.946c.【答案】(1)ACE(2)0.946c5(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)用狭义相对论的观点判断下列说法正确的是()A时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B在地面上的人看以1105 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员看到的时钟却可能是准确的C在地面上的人看来，以1105 km/s的速度行驶的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却
14、感觉到地面上的人比飞船中的人扁一些D当物体运动的速度vc时，“时间膨胀”和“长度收缩”的效果可忽略不计E经典的相对性原理已经过时，毫无用处(2)(10分)设想在人类的将来实现了恒星际航行，即将火箭发射到邻近的恒星上去火箭相对于日心恒星坐标系的速率为u0.8c，火箭中静止放置长度为1.0 m的杆，杆与火箭的航行方向平行，则在日心恒星坐标系中测得的杆长为多少？【解析】(1)由狭义相对论的观点可知，时间和空间都是相对的，一个事件发生的时间和一个物体的长度会随着参考系的改变而改变，选项A错；在地面上的人看以1105 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，选项B对；由于运动具有相对性，在地面上的人看来
15、，以1105 km/s的速度行驶的飞船，在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员会感觉到地面上的人比飞船中的人扁一些，选项C对；只有在物体的速度接近光速时，“时间膨胀”和“长度收缩”效应才会比较明显，选项D对；在研究低速运动时，经典的相对性原理仍然适用，选项E错(2)由LL0可得L1.0 m0.6 m【答案】(1)BCD(2)0.6 m6(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)有三只完全相同的时钟，时钟A放在高速行驶的火车上(火车时速200千米/小时)，时钟B放在高速旋转的圆盘边缘，随圆盘一起转动，其向心加速度约为2 000 g
16、，时钟C放在中子星附近关于这三只钟的变慢情况，明显变慢的是_、变化不明显的是_(2)(10分)设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0 s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞试问：飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它移动从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞【解析】(1)火车的速度相对光速而言很小，时钟变慢不明显，B钟有很大的加速度，C钟受强引力作用，都明显变慢(2)取地球为S系，飞船为S系，向东为x轴正向，则S系相对S系的速率v0.60c，彗星相对S系的速率ux0.80c由速度变换可得所求结果ux0.946c即彗星以0.
17、946c的速率向飞船靠近由时间间隔的相对性有t5.0 s解得4.0 s【答案】(1)B钟和C钟A钟(2)0.946c4.0 s模块综合测评(时间：60分钟满分：90分)1.(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)关于振动和波动，下列说法正确的是()A单摆做简谐运动的周期与摆球的质量有关B部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象C在波的干涉中，振动加强的点位移不一定始终最大D各种波均会发生偏振现象E我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的波长变长，可以判断该星球正在离我们远去(2)(10分)在水面上放置一个足够大
18、的遮光板，板上有一个半径为a的圆孔，圆心的正上方h处放一个点光源S，在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图1中未画出)测得a8 cm，h6 cm，H24 cm，R26 cm，求水的折射率图1【解析】(1)由T2知，A错误为防止桥的固有频率与人正步走的频率接近，发生共振，故要求便步走，B正确振动加强点的振幅加大，但仍处于振动之中，位移在不停变化，C正确偏振是横波特有的现象，D错误由多普勒效应知E正确(2)根据光路图，可知sin i0.8sin r0.6由折射定律得n得n【答案】(1)BCE(2)2(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣
19、3分，最低得分为0分)如图2为一列沿x轴正方向传播的简谐横波的部分波形图若该波波速v40 m/s，在t0时刻波刚好传播到x13 m处，下列关于波在t0.45 s时的运动情况分析，其中正确的是() 图2【导学号：78510079】A该波x9 m处的质点的位移为5 cmB该波x11 m处的质点的位移为5 cmC该波x11 m处的质点速度方向沿y轴负向D该波刚好传播到x31 m处E该波刚好传播到x18 m处(2)(10分)如图3所示为某种透明介质的截面图，AOC为等腰直角三角形，BC为半径R12 cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点一束红光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i45，
20、结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑已知该介质对红光的折射率为n，求两个亮斑与A点间的距离图3【解析】(1)据图象可知8 m根据vT可得波的周期为T0.2 s，所以在t0.45 s时，已传播了2个周期，据波的周期性特点，可将t0时的波形图向右移，即可得t0.45 s时的波形图，则x9 m处的质点的位移为5 cm，x11 m处的质点的位移为0，A正确，B错误x11 m处的质点沿y轴负方向运动，故C正确t0时刻，该波传播到13 m处，在t0.45 s时间内又传播xv2T18 m，故t0.45 s时波传播到31 m处，所以D正确，E错误(2)由题意可知，光路如图所示折射光斑为P1，设折射角为r，根据折射
21、定律n，可得sin r，由几何知识可得tan r，解得AP16 cm，反射光斑为P2，由几何知识可得OAP2为等腰直角三角形，解得AP212 cm.【答案】(1)ACD(2)6 cm12 cm3(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)如图4甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图4乙为介质中x2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象下列说法正确的是()图4A这列波的传播方向是沿x轴正方向B这列波的传播速度是20 m/sC经过0.15 s，质点P沿x轴的正方向传播了3 mD经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向E经过0
22、.35 s，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离(2)(10分)如图5所示是一种折射率n的棱镜现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小i60 ，求：图5光在棱镜中传播的速率；画出此束光线进入棱镜后又射出棱镜的光路图，要求写出简要的分析过程【解析】(1)由质点P的振动图象可知，该波向x轴正方向传播，A正确；v m/s20 m/s，B正确；质点不随波迁移，C错；经过0.1 sT，质点Q的运动方向沿y轴负方向，故D错；经过0.35 s1T，质点P到达波峰，而质点Q在波谷以上某处且在x轴下方，故E正确(2)光在棱镜中传播的速率v108 m/s1.73108 m/s由折射率n得
23、：AB面上的折射角r30.由几何关系得：BC面上的入射角45全反射临界角sin C则光在BC面上发生全反射，光线垂直AC射出光路如图所示【答案】(1)ABE(2)1.73108 m/s见解析4(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)关于波的干涉、衍射等现象，下列说法正确的是() 【导学号：78510080】A有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象B产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等C能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或比波长更小D在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持
24、最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小E当观测者靠近波源时，接收到的波的频率会大于波源的振动频率(2)(10分)一列简谐波在某时刻的图象如图6所示，波沿x轴方向传播，经t0.7 s，质点b第二次出现在波峰上，求此波的传播速度图6【解析】(1)干涉、衍射是波共有的特性，所以A错误干涉需要满足两波频率相同、波源性质相同的条件，B正确当满足d时，可产生明显的衍射现象，C正确在干涉图样中，位移随时间时刻发生变化，D错误在多普勒效应中，观测者与波源相对靠近时，接收到的波的频率大于波源的振动频率，E正确(2)当波沿x轴正向传播时，此刻b点沿y方向运动，经T第二次到达波峰，所以有：T0.7 s，T0.
25、56 s，所以波速为v7.1 m/s.当波沿x轴负向传播时，此刻b点沿y方向运动，经T第二次到达波峰，所以有：T0.7 s，T0.4 s，所以波速为v10 m/s.【答案】(1)BCE(2)沿x轴正向传播时为7.1 m/s，沿x轴负向传播时为10 m/s5(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)在以下各种说法中，正确的是()A一单摆做简谐运动，摆球相继两次通过一同位置时的速度必相同B机械波和电磁波本质上不相同，但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象C横波在传播过程中，相邻的波峰通过同一质点所用的时间为一个周期D变化的电场一
26、定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场E相对论认为：真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的(2)(10分)如图7所示是一列横波在某一时刻的波形图，图象中x轴的正方向表示波的传播方向，y轴表示质点相对平衡位置的位移已知波速为v32 m/s，试求：图7波长是多少？周期T是多少？画出后的波形图，并用文字说明：B、D两点的振动如何？【解析】(1)因速度是矢量具有方向性，经过同一位置时速度大小相同而方向不一定相同，A错反射、折射、干涉和衍射现象是波的特性，B正确波动周期等于质点的振动周期，C正确均匀变化的电场产生恒定的磁场，D错由相对论可知E正确(2)由图可以看出，波长8 m.根据v可得：
27、T s0.25 s波向前传播半个波长后，质点A、C分别在正最大位移和负最大位移处，速度为零；质点B在平衡位置，沿y轴正方向运动；质点D在平衡位置，沿y轴负方向运动波的图象如图所示【答案】(1)BCE(2)8 m0.25 s见解析6(1)(5分)(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分)下列说法正确的是() 【导学号：78510081】A在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大B单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关C变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场D拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加
28、透射光的强度E地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些图8(2)(10分)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t0时刻的波形如图8所示，介质中质点P、Q分别位于x2 m、x4 m处从t0时刻开始计时，当t15 s时质点Q刚好第4次到达波峰求波速写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)【解析】(1)干涉现象中，振动加强点的位移时刻发生变化，某一瞬间可能为0，所以A错误受迫振动的周期与驱动力的周期相等，与单摆摆长无关，B正确由麦克斯韦电磁场理论知，C正确镜头前加偏振片，是为了消除玻璃的反射光，D错误由狭义相对论尺缩原理ll0可知高速飞行的火箭长度变短，E正确(2)设简谐横波的波速为v，波长为，周期为T，由图象知，4 m由题意知t3TTv联立式，代入数据得v1 m/s质点P做简谐运动的表达式为y0.2sin(0.5 t)m【答案】(1)BCE(2)1 m/sy0.2sin(0.5t) m
