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2019-2020年高中物理 第6章 第3節(jié)廣義相對論初步第4節(jié)探索宇宙課時訓練 魯科版選修3-4 【基礎(chǔ)達標】 1.(基礎(chǔ)理論辨析題)關(guān)于廣義相對論和宇宙的起源，下列說法正確的是 　(　　) A.在廣義相對論中，愛因斯坦把狹義相對性原理發(fā)展到了非慣性系 B.一切物體的慣性和引力是兩個相同的屬性 C.勻加速參考系中的慣性力場與均勻引力場是不可區(qū)分的 D.在引力場中引力越強，時鐘變得越快 E.我們的宇宙將一直膨脹下去 F.黑洞的問題科學家還未探索清楚 2.關(guān)于廣義相對論，下列說法正確的是　(　　) A.廣義相對性原理是廣義相對論的基本原理之一 B.廣義相對論不能應用到非慣性參考系中 C.等效原理是廣義相對論的基本原理之一 D.廣義相對論與實驗事實不符 3.關(guān)于廣義相對論的實驗檢驗，下列說法中正確的是　(　　) A.物質(zhì)的引力使光線彎曲 B.光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用 C.在強引力的星球附近，時間進程會變慢 D.廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 4.如圖所示是黑洞的示意圖，黑洞是質(zhì)量非常大的天體，由于質(zhì)量很大，引起了其周圍的時空彎曲，從地球上觀察，我們看到漆黑一片。那么關(guān)于黑洞，下列說法正確的是　(　　) A.內(nèi)部也是漆黑一片，沒有任何光 B.內(nèi)部的光由于引力的作用發(fā)生彎曲，不能從黑洞中射出 C.所有中子星都會發(fā)展為黑洞 D.如果有一個小的星體經(jīng)過黑洞，將會被吸引進去 5.支持宇宙大爆炸理論的事實是　(　　) A.水星近日點的進動 B.光線在引力場中的彎曲 C.哈勃發(fā)現(xiàn)，遙遠恒星發(fā)出的光譜與地球上同種物質(zhì)的光譜相比，波長變長 D.長度縮短效應 6.宇宙飛船在星際飛行時，宇航員發(fā)現(xiàn)從手中自由釋放的小球能夠自由落下，已知小球沒有受到明顯的引力作用，下列說法正確的是　(　　) A.飛船可能正在向上加速運動 B.飛船可能正在向上減速運動 C.飛船可能正在向下加速運動 D.慣性力使小球向下加速運動 7.關(guān)于廣義相對論的基本原理，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)律是不同的，如牛頓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動的參考系等價，這就是著名的等效原理 【能力提升】 1.在引力可以忽略的空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運動，一束光垂直于運動方向在飛船內(nèi)傳播，下列說法正確的是　(　　) A.船外靜止的觀察者看到這束光是沿直線傳播的 B.船外靜止的觀察者看到這束光是沿曲線傳播的 C.航天員以飛船為參考系看到這束光是沿直線傳播的 D.航天員以飛船為參考系看到這束光是沿曲線傳播的 2.關(guān)于宇宙的起源，下列說法中正確的是　(　　) A.宇宙是固定不變的 B.“大爆炸”模型是宇宙起源中獲得觀測事實支持的模型 C.哈勃發(fā)現(xiàn)的紅移現(xiàn)象支持宇宙“大爆炸”模型 D.宇宙膨脹到極大值后再收縮為一個新的奇點 3.關(guān)于廣義相對論，下列說法中正確的是　(　　) 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)量不相等，它們遵從不同的規(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 4.(能力挑戰(zhàn)題)若宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒有任何聯(lián)系，當他發(fā)現(xiàn)飛船內(nèi)沒有支撐的物體都以某一加速度落向艙底時，由此，他作出的如下判斷中，正確的是　(　　) A.此飛船一定是停在某個星球的表面上 B.此飛船一定是正在遠離任何天體的空間加速飛行 C.此飛船可能是停在某個星球的表面上，也可能是正在遠離任何天體的空間加速飛行 D.此飛船可能是在遠離任何天體的空間中勻速飛行 5.哪些實驗觀測支持廣義相對論? 答案解析 【基礎(chǔ)達標】 1.【解析】選A、C、F。在廣義相對論中，愛因斯坦把狹義相對性原理發(fā)展到了非慣性系，A項正確；一切物體的慣性和引力是兩個完全不同的屬性，B項錯誤；勻加速參考系中的慣性力場與均勻引力場不可區(qū)分，C項正確；在引力場中，引力越強，時鐘變得越慢，D項錯；無法確定我們的宇宙是否將一直膨脹下去，E項錯；黑洞的問題有待科學家進一步去探索，F(xiàn)項正確。 2.【解析】選A、C。廣義相對論有兩個基本原理——廣義相對性原理和等效原理，A、C正確；廣義相對論可以應用到非慣性參考系中，與實驗事實相符，B、D錯誤。 3.【解析】選A、C、D。根據(jù)廣義相對論的幾個結(jié)論可知，選項A、C、D正確，B錯誤。 4.【解析】選B、D。少數(shù)中子星會發(fā)展成為黑洞。黑洞之所以黑是因為光不能從其中射出，而不是內(nèi)部沒有光線。由于引力的作用，其光線彎曲程度很大，不能射出。當有一個小的星體經(jīng)過黑洞時，由于黑洞質(zhì)量很大，對小星體有很強大的引力，把小星體吸引進去。因此正確選項是B、D。 5.【解析】選C。大爆炸理論的主要觀點是宇宙起源于一個“奇點”，發(fā)生大爆炸后，宇宙不斷膨脹，溫度不斷降低。根據(jù)多普勒效應，如果恒星離我們而去，光的顏色偏紅。哈勃的發(fā)現(xiàn)，表明不管往哪個方向看，遠處的星系正急速遠離我們而去，所以C正確。 6.【解析】選A、D。根據(jù)相對性原理，小球能夠自由落下，飛船可能正在向上加速運動，故選項A、D正確，B、C錯誤。 7.【解析】選A、D。根據(jù)廣義相對性原理和等效原理可知，選項A、D正確，B、C錯誤。 【變式備選】一艘大船在平靜的大洋中勻速行駛，一個人在其密閉的船艙內(nèi)向各個不同的方向做立定跳遠實驗，并想由此來判斷船航行的方向，假設他每次做的功相同，下列說法正確的是　(　　) A.如果向東跳得最遠，則船向東行駛 B.如果向東跳得最近，則船向東行駛 C.他向各個方向跳的最大距離相同，不能由此判斷船行方向 D.他向各個方向跳的最大距離不同，但不能由此判斷船行方向 【解析】選C。這是經(jīng)典力學的相對性原理，即不可能通過力學實驗測得慣性系的絕對速度，故不能判斷船航行的方向。力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，故他向各個方向跳的最大距離相同，C項正確。 【能力提升】 1.【解析】選A、D。飛船做勻加速直線運動，在光傳播的同時，飛船的速度也在不斷增加，因此飛船上觀察者看到的光的徑跡是一條曲線，故選項C錯誤，D正確。而飛船外的觀察者看到光是一條直線，故選項A正確，B錯誤。 2.【解析】選B、C。哈勃發(fā)現(xiàn)的紅移現(xiàn)象支持宇宙“大爆炸”模型，故A錯，B、C對?，F(xiàn)在還不能確定宇宙的發(fā)展類型，D錯。 3.【解析】選A。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對、D錯；慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，遵從相同的規(guī)律，B錯；廣義相對論是非慣性參考系之間的理論，C錯。 【總結(jié)提升】如何選擇非慣性系為參考系解題 (1)由廣義相對性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這意味著慣性系中的運動定律，在非慣性系中都是相同的。 (2)由等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。這意味著一個非慣性系可以看作一個慣性系，只不過是該慣性系的后面有一個均勻的引力場，這樣選非慣性系作為參考系解題，可以使用我們學過的運動定律，但在分析受力時應分析慣性力的作用。 4.【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是認真領(lǐng)會廣義相對論的等效原理，即勻加速參考系中的慣性力場與均勻引力場不可區(qū)分。 【解析】選C。根據(jù)等效原理，可知可能是由于飛船處于某個星球的引力場中，也可能是飛船正在遠離任何天體的空間加速飛行。故選項C正確。 5.【解析】水星近日點的進動、光線在引力場中的彎曲、引力紅移現(xiàn)象和雷達回波延遲都支持廣義相對論。 答案：見解析