15.4广义相对论简介 -2020-2021学年高二物理课时同步练（人教版选修3-4）

选修3-4 第十五章 相对论简介 第四节 广义相对论简介 1．如图所示是黑洞的示意图，黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片。那么关于黑洞，下列说法正确的是（ ） A．内部也是漆黑一片，没有任何光 B．尽管内部的光由于引力的作用发生弯曲，也能从黑洞中射出 C．所有中子星都会发展为黑洞 D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去 【答案】D 【解析】A.黑洞之所以黑是因为光不能从其中射出，而不是内部没有光线．故A不符合题意； B.由于引力的作用，其光线弯曲程度很大，不能射出．故B不符合题意； C.只有少数中子星会发展成为黑洞．故C不符合题意； D.当有一个小的星体经过黑洞时，由于黑洞质量很大，对小星体有很强大的引力，把小星体吸引进去．故D符合题意。 2．设想有一艘飞船以v＝0.8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c，从地面上的人看来，物体的速度为( 　　) A．1.7c B．0.1c C．0.99c D．无法确定 【答案】C 【解析】若对于低速物体，地面上人看来物体相对于地面的速度应为0.8C+0.9C=1.7C， 由狭义相对论理论可以知道，洛伦兹变换下的相对速度： ，将题中数值代入公式，可以得到所求解0.99c， 故选C. 3．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉( ) A．你的质量在增加 B．你的心脏跳动在慢下来 C．你在变小 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度 【答案】D 【解析】相对论的基本概念是:当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的;当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉;当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动，但如果房子是在做匀速直线运动，即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动，即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动。 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度，与结论不相符，选项D正确； 故选D。 4．回旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是(　　) A．加速器功率有限，不能提供足够大的能量 B．加速器内无法产生磁感强度足够大的磁场 C．加速器内无法产生电场强度足够大的电场 D．速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速 【答案】D 【解析】回旋加速器之所以能加速粒子，是因为粒子做圆周运动的周期与交变电场变化的周期相同。但随着粒子的速度不断增大，粒子的质量也在增大，此时周期T也将改变，无法实现与交变电场同步，因此不能不短加速，D正确、ABC错误。 故选D。 5．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行,你可以发觉(　　) A．你的质量在增加 B．你的心脏跳动在慢下来 C．你在变小 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度 【答案】D 【解析】相对论的基本概念是：当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的；当房子突然开始运动时，其内部的人也能有感觉；当房子旋转时，关在其内部的人也能说出它在转动．但如果房子是在做匀速直线运动．即没有任何加速度，则在其内部的人就无法知道房子是否在移动．即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．所以宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化．故D正确，ABC错误。 6．在适当的时候,通过仪器可以观察到太阳后面的恒星,这说明星体发出的光(　　) A．经太阳时发生了衍射 B．可以穿透太阳及其他障碍物 C．在太阳引力场作用下发生了弯曲 D．经过太阳外的大气层时发生了折射 【答案】C 【解析】根据爱因斯坦的广义相对论，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候（如日全食时）通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确，ABD错误。 二、多选题 7．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．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星 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 【答案】BD 【解析】A．根据广义相对论知，光线弯曲是引力的作用，A错误； B．由广义相对论可知，物质的引力使光线弯曲，我们有可能看到太阳后面的恒星，实际的空间是弯曲的，B正确； C．在引力场中引力越强，时间进程越慢，C错