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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(shí)訓(xùn)練 魯科版選修3-4 【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)】 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(gè)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(qiáng)，時(shí)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(xué)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(yīng)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(shí)驗(yàn)事實(shí)不符 3.關(guān)于廣義相對論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，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(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)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(shí)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(huì)發(fā)展為黑洞 D.如果有一個(gè)小的星體經(jīng)過黑洞，將會(huì)被吸引進(jìn)去 5.支持宇宙大爆炸理論的事實(shí)是　(　　) A.水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng) B.光線在引力場中的彎曲 C.哈勃發(fā)現(xiàn)，遙遠(yuǎn)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(yīng) 6.宇宙飛船在星際飛行時(shí)，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(yùn)動(dòng) B.飛船可能正在向上減速運(yùn)動(dòng) C.飛船可能正在向下加速運(yùn)動(dòng) D.慣性力使小球向下加速運(yùn)動(dòng) 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(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理 D.一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，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(yùn)動(dòng)，一束光垂直于運(yùn)動(dòng)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(shí)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(gè)新的奇點(diǎn) 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(dāng)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(shí)，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(gè)星球的表面上 B.此飛船一定是正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行 C.此飛船可能是停在某個(gè)星球的表面上，也可能是正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行 D.此飛船可能是在遠(yuǎn)離任何天體的空間中勻速飛行 5.哪些實(shí)驗(yàn)觀測支持廣義相對論? 答案解析 【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)】 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(xiàng)正確；一切物體的慣性和引力是兩個(gè)完全不同的屬性，B項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)正確；在引力場中，引力越強(qiáng)，時(shí)鐘變得越慢，D項(xiàng)錯(cuò)；無法確定我們的宇宙是否將一直膨脹下去，E項(xiàng)錯(cuò)；黑洞的問題有待科學(xué)家進(jìn)一步去探索，F(xiàn)項(xiàng)正確。 2.【解析】選A、C。廣義相對論有兩個(gè)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(yīng)用到非慣性參考系中，與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符，B、D錯(cuò)誤。 3.【解析】選A、C、D。根據(jù)廣義相對論的幾個(gè)結(jié)論可知，選項(xiàng)A、C、D正確，B錯(cuò)誤。 4.【解析】選B、D。少數(shù)中子星會(huì)發(fā)展成為黑洞。黑洞之所以黑是因?yàn)楣獠荒軓钠渲猩涑?，而不是?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(dāng)有一個(gè)小的星體經(jīng)過黑洞時(shí)，由于黑洞質(zhì)量很大，對小星體有很強(qiáng)大的引力，把小星體吸引進(jìn)去。因此正確選項(xiàng)是B、D。 5.【解析】選C。大爆炸理論的主要觀點(diǎn)是宇宙起源于一個(gè)“奇點(diǎn)”，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(yīng)，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(gè)方向看，遠(yuǎn)處的星系正急速遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)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(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤。 【變式備選】一艘大船在平靜的大洋中勻速行駛，一個(gè)人在其密閉的船艙內(nèi)向各個(gè)不同的方向做立定跳遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)，并想由此來判斷船航行的方向，假設(shè)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(yuǎn)，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(gè)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(gè)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(xué)的相對性原理，即不可能通過力學(xué)實(shí)驗(yàn)測得慣性系的絕對速度，故不能判斷船航行的方向。力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，故他向各個(gè)方向跳的最大距離相同，C項(xiàng)正確。 【能力提升】 1.【解析】選A、D。飛船做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在光傳播的同時(shí)，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(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。而飛船外的觀察者看到光是一條直線，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)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(cuò)，B、C對。現(xiàn)在還不能確定宇宙的發(fā)展類型，D錯(cuò)。 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(cuò)；慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，遵從相同的規(guī)律，B錯(cuò)；廣義相對論是非慣性參考系之間的理論，C錯(cuò)。 【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(yùn)動(dòng)定律，在非慣性系中都是相同的。 (2)由等效原理：一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。這意味著一個(gè)非慣性系可以看作一個(gè)慣性系，只不過是該慣性系的后面有一個(gè)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(xué)過的運(yùn)動(dòng)定律，但在分析受力時(shí)應(yīng)分析慣性力的作用。 4.【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是認(rèn)真領(lǐng)會(huì)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(gè)星球的引力場中，也可能是飛船正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行。故選項(xiàng)C正確。 5.【解析】水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)、光線在引力場中的彎曲、引力紅移現(xiàn)象和雷達(dá)回波延遲都支持廣義相對論。 答案：見解析