1.3.相对论的实验基础 斐索实验 上世纪人们用“以太 理论来解释电磁现象.认为电磁场是一种充满整个空间的特殊介质--“以太 的运动状态.麦克斯韦方程在相对以太静止的参考系中才精确成立.于是人们提出地球或其他运动物体是否带着以太运动?斐索实验就是测定运动媒质的光速实验.其实验装置如图2-1所示,光由光源L射出后.经半透镜P分为两束.一束透过P到镜.然后反射到.再经镜到P.其中一部分透过P到目镜T.另一束由P反射后.经镜.和再回到P时.一部分被反射.亦到目镜T.光线传播途中置有水管.整个装置是固定于地球上的.当管中水不流动时.两光束经历的时间相等.因而到达目镜中无位相差.当水管中的水流动时.两束光中一束顺水流传播.一束逆水流传播.设水管的长度皆为l.水的流速为v.折射率为n.光在水中的速度为.设水完全带动以太.则光顺水的传播速度为.逆水为,若水完全不带动以太.光对装置的速度顺逆水均为,若部分被带动.令带动系数为k.则顺水为.逆水为.k 多少由实验测定.这时两束光到达目镜T的时差为 斐索测量干涉现象的变化.测得.所以光在介质参考系中的传播速度为 式中θ是光线传播方向与介质运动方向间的夹角. 现在我们知道.匀速运动介质中的光速可由相对论的速度合成公式求得.设介质(水)相对实验室沿X轴方向以速度v运动.选系固定在介质上.在上观察.介质中的光速各方向都是.所以光相对实验室的速度u为 . 由此可知.由相对论的观点.根本不需要“以太 的假说.更谈不到曳引系数了. 迈克尔孙-莫来实验 迈克尔孙-莫来于1887年利用灵敏的干涉仪.企图用光学方法测定地球的绝对运动.实验时先使干涉仪的一臂与地球的运动方向平行.另一臂与地球的运动方向垂直.按照经典的理论.在运动的系统中.光速应该各向不等.因而可看到干涉条纹.再使整个仪器转过900.就应该发现条纹的移到.由条纹移动的总数.就可算出地球运动的速度v.迈克尔孙-莫来实验的装置如图2-1-2所示.使一束由光源S射来的平行光.到达对光线倾斜450角的半镀银镜面M上.被分成两束互相垂直的相干光.其中透射部分沿方向前进.被镜反射回来.到M上.再部分地反射后沿MT进行,反射部分沿方行进行.被镜反射回来后再到达M上.光线部分透过.也沿MT进行.这两束光在MT方向上互相干涉.而在T处观察或摄影.由于臂沿着地球运动方向.臂垂直于地球运动方向.若= =.地球的运动速度为v.则两束光回到M点的时间差为 当仪器绕竖直轴旋转900角.使变为沿地球运动方向.垂直于地球运动方向.则两束光到达M的时差为 我们知道.当时间差的改变量是光波的一个周期时.就引起一条干涉条纹的移动.所以.当仪器转动900后.在望远镜T处看到的干涉条纹移动的总数为 . 式中λ是波长.当l=11米..所用光波的波长则△N≈0.4.这相当于在仪器旋转前为明条纹.旋转以后几乎变为暗条纹.但是他们在实验中测得△N≈.而且无论是在白天.夜晚以及一年中的所有季节进行实验.始终得到否定的结果.就是说光学的方法亦测不出所在参考系的运动状态. §2.2 伽利略变换 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

精英家教网选修3-4
(1)下列说法正确的是
 

A.考虑相对论效应,长度、时间的测量结果都随物体与观察者相对运动状态而改变
B.一切物理规律在不同的惯性系中是平权的
C.圆屏阴影中心的亮斑(泊松亮斑)是光波叠加造成的
D.在光的双缝干涉实验中,条纹间距与缝的宽度成正比
(2)如图一所示,某种折射率较大的透光物质制成直角三棱镜ABC,在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2,在AB面的左侧通过棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像被P2的像挡住,再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,记下P3、P4和三棱镜的位置,移去大头针和三棱镜,过P3、P4作直线与AB面交于D,量出该直线与AB面的夹角为45°,则透光物质的折射率n=
 

(3)如图二所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2m/s.试回答下列问题:
①写出x=0.25m处质点的振动函数表达式;
②求出x=0.25m处质点在0~4.5s内通过的路程及t=4.5s时的位移.

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选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑.如都作答则按A、B两小题评分.)
A. (选修模块3-3)
(1)一定质量的理想气体发生等容变化,下列图象正确的是
C
C

(2)将剩有半杯热水的玻璃杯盖子旋紧后经过一段时间,若玻璃杯盖子不漏气,则杯内水蒸汽分子内能
减小
减小
  (填“增大”、“减小”或“不变”),杯内气体压强
减小
减小
  (填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)如图气缸放置在水平地面上,缸内封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,外界大气压强为p0,气缸内电热丝热功率为P,测得通电时间t内活塞缓慢向左移动距离为h,气缸向外界放出热量为Q,不计活塞与气缸之间的摩擦,则在时间t内缸内气体内能的变化量为
Pt-p0Sh-Q
Pt-p0Sh-Q


B.(选修模块3-4)
(1)下列说法中正确的是
D
D

A.X射线穿透物质的本领比γ射线更强
B.在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调谐
C.同一列声波在不同介质中传播速度不同,光波在不同介质中传播速度相同
D.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
(2)如图1所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2m/s.试回答下列问题:

①写出x=0.5m处的质点做简谐运动的表达式:
y=5cos2πt
y=5cos2πt
 cm;
②x=0.5m处质点在0~5.5s内通过的路程为
110
110
   cm.
(3)(4分)直角玻璃三棱镜的截面如图2所示,一条光线从AB面入射,ab为其折射光线,ab与AB面的夹角α=60°.已知这种玻璃的折射率n
2
,则:
①这条光线在AB面上的入射角为
45°
45°

②图中光线ab
不能
不能
(填“能”或“不能”)从AC面折射出去.
C. (选修模块3-5)幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是
AB
AB
 
A.图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一
B.图乙:玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的
C.图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子
D.图丁:根据电子束通过铝箔后的衍射图样,可以说明电子具有粒子性
(2)(4分)目前核电站是利用核裂变产生的巨大能量来发电的.请完成下面铀核裂变可能的一个反应方程:
 
235
52
U
+
1
0
n
141
56
Ba
+
92
36
Kr+
310n
310n
.已知
 
235
52
U
 
141
56
Ba
 
92
36
Kr
和中子的质量分别为m1、m2、m3和m4,则此反应中一个铀核裂变释放的能量为
(m1-m2-m3-2m4)c2
(m1-m2-m3-2m4)c2

(3)一同学利用水平气垫导轨做《探究碰撞中的不变量》的实验时,测出一个质量为0.8kg的滑块甲以0.4m/s的速度与另一个质量为0.6kg、速度为0.2m/s的滑块乙迎面相撞,碰撞后滑块乙的速度大小变为0.3m/s,此时滑块甲的速度大小为
0.025
0.025
 m/s,方向与它原来的速度方向
相同
相同
(选填“相同”或“相反”).

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(2010?南京模拟)本题包括A、B、C三个小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答.若三题都做,则按A、B两题评分.
A.(选修模块3-3)
(1)下列说法正确的是
A.分子间的引力和斥力是不能同时存在的,有引力就不会有斥力
B.布朗运动就是液体分子的热运动
C.一定质量的理想气体的内能只与温度有关,温度越高,内能越大
D.做功和热传递在改变物体内能上是等效的
(2)一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示,A到B是等压过程,B到C是等容过程,则A到B过程中气体是
吸热
吸热
 (填“吸热”或“放热”)过程,B到C过程中气体内能
减小
减小
(填“增加”或“减少”).

(3)已知阿伏伽德罗常数是NA=6.0×1023/mol,铜的摩尔质量为6.4×10-2kg/mol,铜的密度是8.9×103kg/m3.试估算1个铜原子占有的体积为多少?(结果保留二位有效数字)

B.(选修模块3-4)
(1)下列说法正确的是
A.在波的传播过程中,质点的振动频率等于波源的振动频率,振动速度等于波的传播速度
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.在光的双逢干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变宽
D.水中的气泡看起来特别明亮,是因为光从水射向气泡时,一部分光在界面上发生了全反射的缘故
(2)某介质中,x=0处的质点在t=0时刻开始振动,产生的波沿x轴正方向传播,t=0.3s时刻波的图象如图所示,质点b刚好开始振动,则此时质点a的振动方向为沿y轴
方向(填“正”或“负”),波在介质中传播的速度为
40m/s
40m/s


(3)如图所示,直角三棱镜折射率为
2
,∠B=30°,一束单色光垂直于AC面射向棱镜,入射点为O,试画出光在棱镜中传播的光路图,并求出光射出棱镜时折射角.(不考虑BC面对光线的反射)

C.(选修模块3-5)
(1)日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131,碘131是放射性同位素,衰变时会发出β射线与γ射线,碘131被人摄入后,会危害身体健康,由此引起了全世界的关注.下面关于核辐射的相关知识,说法正确的是
A.人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢
B.碘131的半衰期为8.3天,则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核
C.β射线与γ射线都是电磁波,但γ射线穿透本领比β射线强
D.碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
(2)在光电效应现象中,若某金属的截止波长为λ0,已知真空中的光速和普朗克常量分别为c和h,该金属的逸出功为
h
c
λ0
h
c
λ0
.若用波长为λ(λ<λ0)单色光做实验,则光电子的最大初动能为
h
c
λ
-h
c
λ0
h
c
λ
-h
c
λ0

(3)在光滑水平面上,质量为1.5kg的滑块A以2.0m/s的速度撞击质量为9.0kg的静止滑块B,撞击后滑块B的速度为0.5m/s,求滑块A碰后的速度大小和方向.

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B.(选修3-4试题)
(1)下列说法正确的是
BCD
BCD

A.泊松亮斑有力地支持了光的微粒说,杨氏干涉实验有力地支持了光的波动说.
B.从接收到的高频信号中还原出所携带的声音或图象信号的过程称为解调
C.当波源或者接受者相对于介质运动时,接受者往往会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应.
D.考虑相对论效应,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
(2)如图1所示,真空中有一顶角为75°,折射率为n=
2
的三棱镜.欲使光线从棱镜的侧面AB进入,再直接从侧面AC射出,求入射角θ的取值范围为
45°<θ<90°
45°<θ<90°


(3)一列向右传播的简谐横波在某时刻的波形图如图2所示.波速大小为0.6m/s,P质点的横坐标x=96cm.求:
①波源O点刚开始振动时的振动方向和波的周期;
②从图中状态为开始时刻,质点P第一次达到波峰时间.

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选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑,如都作答则按A、B两小题评分.)
A.(选修模块3-3)
(1)下列说法中正确的是
ABD
ABD

A、被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体,若体积不变,压强增大,则气缸在单位面积上,单位时间内受到的分子碰撞次数增加
B、晶体中原子(或分子、离子)都按照一定规则排列,具有空间上的周期性
C、分子间的距离r存在某一值r0,当r大于r0时,分子间斥力大于引力;当r小于r0时分子间斥力小于引力
D、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势
(2)如图所示,一定质量的理想气体发生如图所示的状态变化,状态A与状态B 的体积关系为VA
小于
小于
VB(选填“大于”、“小于”或“等于”); 若从A状态到C状态的过程中气体对外做了100J的功,则此过程中
吸热
吸热
(选填“吸热”或“放热”)

(3)在“用油膜法测量分子直径”的实验中,将浓度为η的一滴油酸溶液,轻轻滴入水盆中,稳定后形成了一层单分子油膜.测得一滴油酸溶液的体积为V0,形成的油膜面积为S,则油酸分子的直径约为
6S3
πη2
V
2
0
6S3
πη2
V
2
0
;如果把油酸分子看成是球形的(球的体积公式为V=
1
6
πd3
,d为球直径),计算该滴油酸溶液所含油酸分子的个数约为多少.
B.(选修模块3-4)(12分)
(1)下列说法中正确的是
C
C

A、光的偏振现象证明了光波是纵波
B、在发射无线电波时,需要进行调谐和解调
C、在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹,这是光的干涉现象
D、考虑相对论效应,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长
(2)一列横波沿x轴正方向传播,在t0=0时刻的波形如图所示,波刚好传到x=3m处,此后x=1m处的质点比x=-1m处的质点
(选填“先”、“后”或“同时”)到达波峰位置;若该波的波速为10m/s,经过△t时间,在x轴上-3m~3m区间内的波形与t0时刻的正好相同,则△t=
0.4nsn=1.2.3…
0.4nsn=1.2.3…


(3)如图所示的装置可以测量棱镜的折射率,ABC表示待测直角棱镜的横截面,棱镜的顶角为α,紧贴直角边AC是一块平面镜,一光线SO射到棱镜的AB面上,适当调整SO的方向,当SO与AB成β角时,从AB面射出的光线与SO重合,则棱镜的折射率n为多少?

C.(选修模块3-5)
(1)下列说法正确的是
AC
AC

A、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
B、普朗克提出了物质波的概念,认为一切物体都具有波粒二象性.
C、波尔理论的假设之一是原子能量的量子化
D、氢原子辐射出一个光子后能量减小,核外电子的运动加速度减小
(2)如图所示是研究光电效应规律的电路.图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极.现接通电源,用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0V;则光电管阴极材料的逸出功为
4.5
4.5
eV,现保持滑片P位置不变,增大入射光的强度,电流计的读数
为零
为零
.(选填“为零”、或“不为零”)
(3)快中子增殖反应堆中,使用的核燃料是钚239,裂变时释放出快中子,周围的铀238吸收快中子后变成铀239,铀239(92239U)很不稳定,经过
2
2
次β衰变后变成钚239(94239Pu),写出该过程的核反应方程式:
92239U→94239Pu+2-10e
92239U→94239Pu+2-10e
.设静止的铀核92239U发生一次β衰变生成的新核质量为M,β粒子质量为m,释放出的β粒子的动能为E0,假设衰变时能量全部以动能形式释放出来,求一次衰变过程中的质量亏损.

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同步练习册答案