高中物理 第6章 相對論與天體物理 第3節(jié) 廣義相對論初步 第4節(jié) 探索宇宙學(xué)業(yè)分層測評 魯科版選修3-4

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第3節(jié) 廣義相對論初步 第4節(jié) 探索宇宙 (建議用時：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．下列說法中正確的是(　　) A．在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義相對性原理 B．在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如，牛頓運(yùn)動定律僅適用于慣性參考系 C．一個均勻的引力場與一個做勻速運(yùn)動的參考系等價，這就是著名的等效原理 D．一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等價，這就是著名的等效原理 E．廣義相對論把狹義相對性原理發(fā)展到了非慣性系 【解析】　由廣義相對性原理和等效原理的內(nèi)容知A、D、E正確． 【答案】　ADE 2．以下說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：78510074】 A．矮星表面的引力很強(qiáng) B．時鐘在引力場弱的地方比在引力場強(qiáng)的地方走得快些 C．在引力場越強(qiáng)的地方，物體長度越長 D．在引力場強(qiáng)的地方，光譜線向綠端偏移 E．引力場越強(qiáng)，時鐘變慢的效應(yīng)越明顯 【解析】　因矮星體積很小，質(zhì)量卻不小，所以矮星表面引力很強(qiáng)，故A正確；根據(jù)廣義相對論的結(jié)論可知，引力場越強(qiáng)，時間進(jìn)程越慢，物體長度越短，故B正確，C錯誤；在引力場強(qiáng)的地方，光譜線向紅端偏移，稱為“引力紅移”，故D錯誤；引力場越強(qiáng)，時鐘變慢的效應(yīng)越明顯，E正確． 【答案】　ABE 3．下列說法正確的是(　　) A．哈勃發(fā)現(xiàn)的“紅移”現(xiàn)象說明遠(yuǎn)處的星系正急速的遠(yuǎn)離我們 B．哈勃發(fā)現(xiàn)的“紅移”現(xiàn)象說明地球是宇宙的中心 C．“新星”和“超新星”是剛剛產(chǎn)生的恒星 D．“超新星”和“新星”的產(chǎn)生說明恒星正在不斷滅亡 E．“超新星”爆發(fā)后少數(shù)可能形成黑洞 【解析】　哈勃發(fā)現(xiàn)的“紅移”現(xiàn)象說明遠(yuǎn)處的星系在遠(yuǎn)離我們，但不能說明我們就處于宇宙的中心，只能說明我們與遠(yuǎn)處的星系存在相對運(yùn)動．故A對B錯；“新星”和“超新星”是恒星消亡時的一種現(xiàn)象，故C錯D對；“超新星”爆發(fā)后少數(shù)可能形成黑洞 ，E正確． 【答案】　ADE 4．下列說法中正確的是(　　) A．物質(zhì)的引力使光線彎曲 B．光線彎曲的原因是由于介質(zhì)不均勻而非引力作用 C．在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢 D．廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 E．在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變快 【解析】　由廣義相對論知選項A、C、D正確；B、E錯誤． 【答案】　ACD 5．慣性質(zhì)量mi和引力質(zhì)量mg的大小關(guān)系為mi____________mg(填“＞”“＝”或“＜”) 【導(dǎo)學(xué)號：78510075】 【解析】　慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量在本質(zhì)上相同，二者相等． 【答案】?。? 6．宇宙大爆炸理論被認(rèn)為是________的開始． 【解析】　大爆炸之后，才有了時間和空間，時間和空間是不可分割的． 【答案】　時間和空間 7．大爆炸理論認(rèn)為，我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸．除開始瞬間外，在演化至今的大部分時間內(nèi)，宇宙基本上是勻速膨脹的．上世紀(jì)末，對1A型超新星的觀測顯示，宇宙正在加速膨脹．面對這個出人意料的發(fā)現(xiàn)，宇宙學(xué)家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量組成，它們的排斥作用導(dǎo)致宇宙在近段天文時期內(nèi)開始加速膨脹，如果真是這樣，則標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系，大致是下面哪個圖象________(填序號)． 【解析】　由題意知，宇宙半徑R隨時間t先勻速增大后加速膨脹，加速膨脹過程中R和時間平方成正比，半徑隨時間增大急劇增大，圖象C符合． 【答案】　C [能力提升] 8．有三只完全相同的時鐘，時鐘A放在高速行駛的火車上(火車時速200千米/小時)，時鐘B放在高速旋轉(zhuǎn)的圓盤邊緣，隨圓盤一起轉(zhuǎn)動，其向心加速度約為2 000 g，時鐘C放在中子星附近．關(guān)于這三只鐘的變慢情況是時鐘________和時鐘________明顯變慢，時鐘________的變化不明顯． 【解析】　火車的速度相對光速而言很小，時鐘變慢不明顯，B鐘有很大的加速度，C鐘受強(qiáng)引力作用，都明顯變慢． 【答案】　B　C　A 9．關(guān)于廣義相對論，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：78510076】 A．萬有引力可以用廣義相對論作出正確的解釋 B．慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，它們遵從相同的規(guī)律 C．廣義相對論是慣性參考系之間的理論 D．萬有引力理論無法納入廣義相對論的框架 E．太陽的引力場會使周圍空間發(fā)生彎曲 【解析】　萬有引力可以納入廣義相對論的框架，可以用廣義相對論作出正確的解釋，A正確，D錯；慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，遵從相同的規(guī)律，B正確；廣義相對論是非慣性參考系之間的理論，C錯；太陽的引力場會使周圍空間發(fā)生彎曲，E正確． 【答案】　ABE 10．什么是引力紅移現(xiàn)象？ 【答案】　根據(jù)廣義相對論，在引力場中，時鐘變慢，太陽表面附近的引力場很強(qiáng)，原子發(fā)光的振動周期可以看成一臺時鐘，所以原子在太陽表面附近發(fā)出光的周期應(yīng)比同類原子在地球表面附近發(fā)出光的周期長，周期長表示波長長，頻率偏低，顏色偏紅，這種現(xiàn)象稱為“光譜線的引力紅移”現(xiàn)象． 11．(1)假設(shè)宇宙飛船是全封閉的，宇航員和外界沒有任何聯(lián)系，宇航員如何判斷使物體以某一加速度下落的力到底是引力還是慣性力？ (2)在一個加速運(yùn)動的參考系中觀察，光束會彎曲嗎？引力對光束的效應(yīng)告訴我們什么？ 【解析】　(1)宇宙飛船中的物體受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某個星體的引力，也可能是由于宇宙飛船正在加速飛行．兩種情況的效果是等價的，所以宇航員無法判斷使物體以某一加速度下落的力是引力還是慣性力，即一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系是等價的． (2)在一個加速運(yùn)動的參考系中觀察，光束會彎曲，因為加速運(yùn)動的參考系中出現(xiàn)的慣性力等效于引力，使得光線發(fā)生彎曲．引力對光束的效應(yīng)說明，引力的存在使空間變形． 【答案】　見解析