题目
某星球到地球的距离为 L,一宇宙飞船从地球出发,以速率 v = 0.8c 匀速飞行。飞船抵达星球时,飞船上的钟指示整个飞行耗时 6 年,则L =A. 3.6光年B. 4.8光年C. 8光年D. 10光年
某星球到地球的距离为 L,一宇宙飞船从地球出发,以速率 v = 0.8c 匀速飞行。飞船抵达星球时,飞船上的钟指示整个飞行耗时 6 年,则L =
A. 3.6光年
B. 4.8光年
C. 8光年
D. 10光年
题目解答
答案
C. 8光年
解析
步骤 1:确定飞船上的时间
根据题意,飞船上的钟指示整个飞行耗时 6 年,即飞船上的时间 \( \Delta t' = 6 \) 年。
步骤 2:计算地球上的时间
根据相对论时间膨胀公式,地球上的时间 \( \Delta t \) 与飞船上的时间 \( \Delta t' \) 之间的关系为:
\[ \Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \]
其中,\( v = 0.8c \) 是飞船的速度,\( c \) 是光速。代入数据计算:
\[ \Delta t = \frac{6}{\sqrt{1 - \frac{(0.8c)^2}{c^2}}} = \frac{6}{\sqrt{1 - 0.64}} = \frac{6}{\sqrt{0.36}} = \frac{6}{0.6} = 10 \] 年。
步骤 3:计算距离 L
根据速度公式 \( v = \frac{L}{\Delta t} \),代入 \( v = 0.8c \) 和 \( \Delta t = 10 \) 年,计算距离 L:
\[ L = v \cdot \Delta t = 0.8c \cdot 10 = 8c \cdot 1 \text{ 年} = 8 \text{ 光年} \]。
根据题意,飞船上的钟指示整个飞行耗时 6 年,即飞船上的时间 \( \Delta t' = 6 \) 年。
步骤 2:计算地球上的时间
根据相对论时间膨胀公式,地球上的时间 \( \Delta t \) 与飞船上的时间 \( \Delta t' \) 之间的关系为:
\[ \Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \]
其中,\( v = 0.8c \) 是飞船的速度,\( c \) 是光速。代入数据计算:
\[ \Delta t = \frac{6}{\sqrt{1 - \frac{(0.8c)^2}{c^2}}} = \frac{6}{\sqrt{1 - 0.64}} = \frac{6}{\sqrt{0.36}} = \frac{6}{0.6} = 10 \] 年。
步骤 3:计算距离 L
根据速度公式 \( v = \frac{L}{\Delta t} \),代入 \( v = 0.8c \) 和 \( \Delta t = 10 \) 年,计算距离 L:
\[ L = v \cdot \Delta t = 0.8c \cdot 10 = 8c \cdot 1 \text{ 年} = 8 \text{ 光年} \]。