题目
宇宙飞船相对于地面以速度 v 做匀速直线飞行,某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号,经过 Delta t(飞船上的钟)时间后,被尾部的接收器收到,则由此可知飞船的固有长度为(c 表示真空中光速)()。A. c cdot Delta tB. v cdot Delta tC. (c cdot Delta t)/(sqrt(1-(v/c)^2))D. c cdot Delta t cdot sqrt(1-(v/c)^2)
宇宙飞船相对于地面以速度 $v$ 做匀速直线飞行,某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号,经过 $\Delta t$(飞船上的钟)时间后,被尾部的接收器收到,则由此可知飞船的固有长度为($c$ 表示真空中光速)()。
A. $c \cdot \Delta t$
B. $v \cdot \Delta t$
C. $\frac{c \cdot \Delta t}{\sqrt{1-(v/c)^2}}$
D. $c \cdot \Delta t \cdot \sqrt{1-(v/c)^2}$
题目解答
答案
A. $c \cdot \Delta t$
解析
考查要点:本题主要考查狭义相对论中固有长度的概念,以及如何在物体静止的参考系中计算长度。
解题核心思路:
- 固有长度是物体在静止参考系中的长度,与运动无关。
- 题目中时间$\Delta t$是飞船上的钟测量的,属于飞船静止参考系(S'系)中的时间,因此无需进行洛伦兹变换。
- 光信号在飞船内部传播时,尾部相对于飞船静止,直接利用光速$c$和时间$\Delta t$计算固有长度。
破题关键点:
- 明确区分不同参考系中的时间和长度,固有长度对应静止参考系。
- 避免混淆“运动导致长度收缩”与“静止下的固有长度”。
在飞船的静止参考系(S'系)中:
- 光信号传播路径:光从头部出发,沿飞船向尾部传播。
- 时间与速度关系:光速为$c$,传播时间为$\Delta t$(飞船上的钟测量)。
- 固有长度计算:
固有长度$L$等于光在飞船静止参考系中传播的距离,即:
$L = c \cdot \Delta t$
选项分析:
- A. $c \cdot \Delta t$:正确,直接由光速和静止参考系时间计算。
- D. $c \cdot \Delta t \cdot \sqrt{1-(v/c)^2}$:错误,错误地引入了长度收缩因子,但固有长度无需调整。
- C/B:涉及运动参考系或错误公式,与固有长度无关。