专题3.10 狭义相对论初步(解析版)
2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-4）
第三部分光学、电磁波和相对论
专题3.10 狭义相对论初步
1.（2019江苏七市三模）下列说法正确的有________．
A. 弹簧振子和单摆的固有周期均与重力加速度有关
B. 人体感觉器官可以直接感知电磁波
C. 第5代移动通讯系统(5G)是通过纵波传递信息的
D. 装载了铷原子钟的北斗导航卫星在进行定位服务时要考虑相对论效应
【参考答案】BD
【名师解析】弹簧振子的固有周期与重力加速度无关，单摆的固有周期与重力加速度有关，选项A错误；人体感觉器官可以直接感知电磁波，例如我们可以感知红外线的热效应，选项B正确；电磁波是横波，第5代移动通讯系统(5G)是通过横波电磁波传递信息的，选项C错误；装载了铷原子钟的北斗导航卫星在进行定位服务时要考虑相对论效应，以减小定位误差，选项D正确。
2．(2019·湖北六校联考)(多选)下列说法正确的是________。
A．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从紫光改为红光，则相邻亮条纹间距一定变小
B．做简谐振动的物体，经过同一位置时，速度可能不同
C．在受迫振动中，驱动力的频率不一定等于物体的固有频率
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片可以增加透射光的强度
E．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
【参考答案】．BCE
【名师解析】由Δx＝l
d
λ，从紫光改为红光，则相邻亮条纹间距变大，A错误。拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片以减弱反射光的强度，并不增加透射光的强度，D错误。
3.(多选)(2019·江西师范大学附中三模)下列说法中正确的是()
A.机械波的频率等于波源的振动频率，与介质无关
B.爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
C.光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式，光波按波长长短，依次可分为红外线、可见光和紫外线，但红外线和紫外线属于不可见光，它们都不可用来传输信息
D.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波
E.宇宙红移现象表示宇宙正在膨胀，这可以用多普勒效应来揭示，说明我们接收到的遥远恒星发出的光比恒星实际发光频率偏小
【参考答案】ADE
【名师解析】机械波的频率与波源振动的频率相同，与传播介质无关，A正确；在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫做光速不变原理，B错误；只要是光波，就能够在光导纤维中传播，不管是可见光还是不可见光，都可以用来传输信息，故C错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波，D正确；根据多普勒效应可知，宇宙红移现象表示宇宙正在膨胀，说明我们接收到的遥远恒星发出的光比恒星实际发光频率偏小，故E正确.
4.(多选)(2018·山西省晋中市适应性调研)以下物理学知识的相关叙述中，正确的是()
A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
C.变化的电场周围一定产生变化的磁场
D.狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
E.在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜
【参考答案】BDE
【名师解析】
用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，选项A错误；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，选项B正确；变化的电场周围一定产生磁场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，选项C错误；狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，选项D正确；在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜，选项E正确.
5.(多选)(2018·湖北省4月调研)下列说法正确的是()
A.不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关
B.游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变
C.当光从一种介质射入另一种介质时，如果入射角足够大，就会发生全反射现象
D.麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场
E.相对论认为：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大
【参考答案】ABD
【名师解析】
不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关，选项A正确；游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变，选项B正确；只有当光从光密介质射入另一种光疏介质，而且入射角足够大时，才会发生全反射现象，选项C错误；麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场，选项D正确；相对论认为：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，选项E 错误.
6．(2019·东北三校联考)(多选)下列说法正确的是________。
A．波的传播过程中，质点的振动频率等于波源的振动频率
B．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
C．当某列声波产生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化
D．物体做受迫振动时，驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大
E．X射线的频率比无线电波的频率高
【参考答案】．ABE
【名师解析】声波发生多普勒效应时，相应声源的振动频率不变，C错；物体做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相同时，振幅最大，D错。
7．(2019·湖北部分重点高中联考)(多选)下列说法中正确的是________。
A．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
B．机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大
C．光速不变原理是指真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．两列波相叠加产生干涉现象，在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小
E．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出明、暗相间的条纹，相邻两条明条纹间的距离为Δx，如果只增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大
【参考答案】．ACE
【名师解析】经过反射或折射的光都是偏振光，所以除了光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光，A正确；机械波在给定的介质中传播时，波速一定，与振动的频率无关，B错误；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，C正确；两列波相叠加产生干涉现象，在干涉图样中，振
动加强区域的质点，其位移并不是始终保持最大，有时处于波峰有时处于平衡位置有时处于波谷，振动减
弱区域的质点，其位移也不是始终保持最小，D错误；根据条纹间距公式Δx＝L
d
λ，当只增大双缝到光屏之
间的距离L时，Δx将增大，E正确。
8．(2019·河南郑州质检)(多选)下列说法中正确的是________。
A．做简谐运动的物体，其振动能量与振幅无关
B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关
D．医学上用激光作“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点
E．机械波和电磁波都可以在真空中传播
【参考答案】．BCD
【名师解析】做简谐运动的物体的振幅由振动能量决定，所以A项错。全息照相利用了光的干涉原理，B 项正确。根据爱因斯坦狭义相对论的光速不变原理，可知C项正确。因为激光具有亮度高、能量大的特点，医学上用其作“光刀”来进行手术，所以D项正确。因为机械波传播时需要介质，所以它不能在真空中传播，E项错误。
9．(多选)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
【参考答案】．BCE
【名师解析】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。
10(1)(5分)下列说法正确的是________(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)
A．根据爱因斯坦的相对论可判断物体的质量与运动快慢无关
B．简谐波的频率的数值等于单位时间内经过介质中一点的完全波的个数
C．在电磁波接收过程中，使声音信号或图象信号从高频电流中还原出来的过程叫调制
D．偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向(也称透振方向)的夹角从0°增大到90°的过程中，透过的光的强度越来越弱
E．赫兹在实验中发现，当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环的空隙中产生火花，由此证实了电磁波的存在
【参考答案】．BDE
【名师解析】根据爱因斯坦的相对论可判断高速运动的物体的质量与运动快慢有关，A错误；机械波在传播过程中，介质中各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，介质中的质点每经过一个完全波时完成一次全振动，故单位时间内经过介质中一点的完全波的个数就是这列波的频率的数值，B正确；在电磁波接收过程中，使声音信号或图象信号从高频电流中还原出来的过程叫解调，C错误；偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向(也称透振方向)的夹角从0°增大到90°的过程中，透过的光的强度越来越弱，D 正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，赫兹在实验中发现，当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环的空隙中产生火花，由此证实了电磁波的存在，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础，E正确。
11.(多选)(2018·重庆市上学期期末抽测)下列说法正确的是()
A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大
B.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使景象更清晰，这是利用了光的偏振原理
C.我们发现竖直向上高速运动的球体，在水平方向上长度变短了
D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应
E.太阳光经过三棱镜的两次折射，会发散成彩色光带
【参考答案】BDE
【名师解析】
根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝l
d
λ可知，增大双缝间的距离d，干涉条纹间距减小，故A错误；日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片可以使景象更清晰，这是利用了光的偏振原理，故B正确；竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变，沿运动方向上的长度会变短，选项C错误；用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用了紫外线的荧光效应，故D正确；太阳光经过三棱镜的两次折射，由于三棱镜对各种色光的折射率不同，所以折射角也就不同，那么经过两次折射就会发散成彩色光带，故E正确.
12.(2017·河北张家口二模)下列说法中正确的是。
A.一列士兵过桥时使用便步,是为了防止桥发生共振现象
B.机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定
C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
D.假设火车以接近光速通过站台时,站台上旅客观察到车上乘客在变矮
E.赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
【参考答案】ACE
【名师解析】一列士兵过桥时使用便步,防止行走的频率与桥的频率相同,桥发生共振现象,故A正确;机械波在介质中的传播速度由介质决定,与波的频率无关,电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关,故B错误;加偏振片的作用是减弱反射光的强度,从而增大透射光的强度,故C正确;根据尺缩效应,沿物体运动的方向上的长度将变短,火车以接近光束通过站台时,车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦,而不是变矮,故D错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,而赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故E正确。故选ACE。13．(2016·河北石家庄质检)下列说法中正确的是()
A．做简谐运动的物体，其振动能量与振幅无关
B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关
D．医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点
E．机械波和电磁波都可以在真空中传播
【参考答案】．BCD
【名师解析】做简谐运动的物体的振幅由振动能量决定，所以A项错；全息照相利用了光的干涉原理，B 项正确；根据爱因斯坦狭义相对论的光速不变原理，可知C项正确；因为激光具有亮度高，能量大的特点，医学上用其做“光刀”来进行手术，所以D项正确；因为机械波传播时需要介质，所以它不能在真空中传播，E项错误。
14．据报道，欧洲大型强子对撞机(LHC)“开足马力”后能把数以百万计的粒子加速至每秒钟30万公里，相当于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道内狂飙11 245圈，单束粒子能量可达7万亿电子伏特．下列说法正确的是()
A．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够超过光速
B．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够达到光速
C．粒子高速运动时的质量将大于静止时的质量
D．粒子高速运动时的质量将小于静止时的质量
【参考答案】：C
【名师解析】：根据公式u ＝u ′＋v 1＋u ′v c 2可知物体的速度u 不可能等于或大于光速，所以A 、B 错误．根据公式m ＝m 0
1－????v c 2可知高速运动的物体的质量m 大于静止时的质量m 0，所以C 正确，D 错误．
15．下列说法中正确的有( )
A ．不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的
B ．水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象
C ．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D ．声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率
【参考答案】：AB
【名师解析】：在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C 错．声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率大于声源的频率，则D 错．由爱因斯坦狭义相对论知，A 正确．油膜呈现彩色是在光照下发生的，是一种薄膜干涉现象，B 正确．
16．下列说法正确的是( )
A ．根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
B ．发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性L
C 电路
C ．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
D ．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
【参考答案】：BD
【名师解析】：在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，A 错误．发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可能大的空间传播电磁波，所以B 项正确．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉原理，C 错误．由狭义相对论的质增原理m ＝m 0
1－????v c 2可知m 与v
有关系，D 正确．
17.以下物理学知识的相关叙述，其中正确的是
A ．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在
C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理
D．狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
E．在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜。
【参考答案】：BDE
【名师解析】用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉，选项A错误。麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项B正确。交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，选项C错误。狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项D正确。在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜，选项E正确。
18．(5分)下列说法正确的是________．(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)
A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
B．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
C．“彩超”是向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率编号就能知道血流的速度，这是利用了多普勒效应
D．相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了
E．在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短
【参考答案】ACE
【名师解析】肥皂泡呈现的彩色是光的等厚干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，A正确；光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉，B错误；向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率编号就能知道血流的速度，利用了多普勒效应，C正确；我们发现竖直向上高速运动的球，水平方向上没有变化，竖直方向变短了，D错误；在真空中传播的电磁波，波速不变，根据v＝λf可知，当它的频率增加时，波长变短，E正确．
19．(5分)下列说法中正确的是________．(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)
A．做简谐运动的物体，其振动能量与振幅无关
B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关
D．光在玻璃中的传播速度比真空中小
E．机械波和电磁波都可以在真空中传播
【参考答案】BCD
【名师解析】：A.简谐运动的物体，其振动能量用振幅来反映，故A错误；B.全息照相的拍摄利用了激光的干涉，可以记录光强、光频、相位，有立体感，故B正确；C.根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯
性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，故C正确；D.因为玻璃的折射率n>1，v＝c
n.所以光在玻璃中的传播速度比真空中小，故D正确；E.机械波的传播离不开介质，电磁波可以在真空中传播，故E 错误．
20．(5分)下列说法正确的是________．(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)
A．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
B．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现彩色是光的色散现象
C．电磁波中电场能量最大时，磁场能量为零；磁场能量最大时，电场能量为零
D．照相机镜头上会镀一层膜，有时会在镜头前加一个偏振片，这样做都是为了增加光的透射强度
E．火箭以接近光速飞越地球，火箭上的人看到的火箭的长度比地球上的人看到的火箭的长度长
【参考答案】ABE
【名师解析】光纤通信，医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，A项正确；肥皂泡呈现的彩色是薄膜干涉产生的现象，露珠呈现的彩色是光折射后发生色散产生的现象，B项正确；电磁波是电磁场在空间的传播，能量并不是相互转化的，C错误；照相机镜头上会镀一层膜，为增透膜，这是为了增强光的透射强度，而加一偏振片是为了减弱某些光的透射，D项错误；火箭以接近光速飞越地球，火箭上的人看到的火箭的长度等于火箭的固有长度，而地面上的人看到的长度比火箭的固有长度小，E项正确．21．(2014·高考四川卷)电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是()
A．电磁波不能产生衍射现象
B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机
C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度
D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同
【参考答案】：C
【名师解析】：衍射现象是波特有的现象，故电磁波能发生衍射现象，A错误；遥控器是通过发出的红外线脉冲信号遥控电视机的，B错误；根据多普勒效应，当天体相对地球运动时，我们接收到来自天体的电磁波频率发生变化，根据其变化可判断遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中的速度是定值，在任何惯性系中测出的数值应相同，D错误．
22．(2016·雅安诊断)下列说法正确的是()
A．质量相同的物体，速度大的惯性大
B．紫外线比红外线更容易产生显著的衍射现象
C．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围一定产生变化的磁场
D．根据狭义相对论的原理，对不同的惯性参考系，物理规律都是一样的
【参考答案】：D
【名师解析】：物体的惯性只与其质量有关，与其他任何因素都无关，故A错误．当小孔或障碍物的直径接近或小于波的波长时才会出现明显的衍射现象，而紫外线的波长小于红外线的波长，故红外线比紫外线更容易产生显著的衍射现象，故B错误．麦克斯韦电磁场理论指出变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，如果电场是随时间成线性变化的，则产生的磁场是恒定不变的，故C错误．狭义相对论指出，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D正确．