题目
1.6 两艘太空飞船的静止长度都是100m,沿相反方向相擦而-|||-过,飞船A上的仪器测得飞船B的前端通过整个A的长度需要-|||-.00times (10)^6s.-|||-(1)两艘飞船的相对速度是多少?-|||-(2)B的前端的时钟在其经过A的前端时恰好为零点,试问该-|||-时钟经过A的尾端时指示什么时间?

题目解答
答案

解析
考查要点:本题涉及相对论中的相对速度计算和时间测量的相对性效应,需结合长度收缩效应与动钟变慢效应进行分析。
解题思路:
- 第(1)问:在飞船A的参考系中,飞船B的前端通过A的长度所需时间对应相对速度的直接计算,需注意静止长度与相对运动的关系。
- 第(2)问:需从不同参考系分析时间测量的差异,可通过长度收缩效应或固有时计算两种方法求解,核心是理解相对论时间 dilation。
第(1)题
关键思路:在飞船A的参考系中,B的前端通过A的长度需移动的距离为A的静止长度 $l_0 = 100 \, \text{m}$,时间 $t = 5.00 \times 10^{-6} \, \text{s}$,直接计算相对速度:
$v = \frac{l_0}{t} = \frac{100}{5.00 \times 10^{-6}} = 2.00 \times 10^{7} \, \text{m/s}.$
第(2)题
方法一(长度收缩效应)
- B的参考系中,A的长度收缩为 $l = l_0 \sqrt{1 - v^2/c^2}$。
- 通过时间:B的前端移动收缩后的长度 $l$ 所需时间:
$t = \frac{l}{v} = \frac{l_0}{v} \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}.$ - 代入数据:
$t = \frac{100}{2.00 \times 10^{7}} \sqrt{1 - \frac{(2.00 \times 10^{7})^2}{(3.00 \times 10^{8})^2}} \approx 4.99 \times 10^{-4} \, \text{s}.$
方法二(动钟变慢效应)
- 固有时:飞船B的时钟是动钟,显示的时间 $\tau$ 满足:
$\tau = t \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}.$ - 代入原时间 $t = 5.00 \times 10^{-6} \, \text{s}$:
$\tau = 5.00 \times 10^{-6} \sqrt{1 - \frac{(2.00 \times 10^{7})^2}{(3.00 \times 10^{8})^2}} \approx 4.99 \times 10^{-6} \, \text{s}.$