题目
一只装有无线电发射和接收装置的飞船,正以v=(4)/(5)c的速度飞离地球,当宇航员发射一无线电信号,信号经地球反射,60s后宇航员才收到返回信号。(1)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地球离飞船多远?(2)当飞船接收到反射信号时,地球上测得飞船离地球多远?
一只装有无线电发射和接收装置的飞船,正以v=$\frac{4}{5}$c的速度飞离地球,当宇航员发射一无线电信号,信号经地球反射,60s后宇航员才收到返回信号。
(1)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地球离飞船多远?
(2)当飞船接收到反射信号时,地球上测得飞船离地球多远?
(1)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地球离飞船多远?
(2)当飞船接收到反射信号时,地球上测得飞船离地球多远?
题目解答
答案
解:(1)以飞船为参考系,飞船不动,所以从飞船发出的信号到达地球的时间与返回飞船的时间是相等的,则信号到达地球的时间:
${t}_{1}=\frac{{t}_{0}}{2}=\frac{60}{2}=30$s
所以此时从飞船上测得的地球到飞船的距离:x=$c{t}_{1}=3.0×1{0}^{8}×30=9.0×1{0}^{9}$m
(2)设从地球上观察,当飞船发出信号时,距离地球为x1,当飞船接收到反射信号时,飞船到地球的距离为x2.当飞船接收到反射信号时,地球上的过程中看到的时间为t,则:$t=\frac{{t}_{0}}{\sqrt{1-\frac{{v}^{2}}{{c}^{2}}}}=\frac{60}{\sqrt{1-\frac{(\frac{4}{5})^{2}{c}^{2}}{{c}^{2}}}}=100$s
x1+x2=ct
相对于地球的观察者:x2-x1=vt
联立得:${x}_{2}=\frac{ct+vt}{2}=\frac{ct+\frac{4}{5}ct}{2}$=$\frac{9}{10}ct=\frac{9×3.0×1{0}^{8}×100}{10}=2.7×1{0}^{10}$m
答:(1)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地球离飞船9.0×109m;
(2)当飞船接收到反射信号时,地球上测得飞船离地球2.7×1010m。
${t}_{1}=\frac{{t}_{0}}{2}=\frac{60}{2}=30$s
所以此时从飞船上测得的地球到飞船的距离:x=$c{t}_{1}=3.0×1{0}^{8}×30=9.0×1{0}^{9}$m
(2)设从地球上观察,当飞船发出信号时,距离地球为x1,当飞船接收到反射信号时,飞船到地球的距离为x2.当飞船接收到反射信号时,地球上的过程中看到的时间为t,则:$t=\frac{{t}_{0}}{\sqrt{1-\frac{{v}^{2}}{{c}^{2}}}}=\frac{60}{\sqrt{1-\frac{(\frac{4}{5})^{2}{c}^{2}}{{c}^{2}}}}=100$s
x1+x2=ct
相对于地球的观察者:x2-x1=vt
联立得:${x}_{2}=\frac{ct+vt}{2}=\frac{ct+\frac{4}{5}ct}{2}$=$\frac{9}{10}ct=\frac{9×3.0×1{0}^{8}×100}{10}=2.7×1{0}^{10}$m
答:(1)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地球离飞船9.0×109m;
(2)当飞船接收到反射信号时,地球上测得飞船离地球2.7×1010m。
解析
步骤 1:确定信号往返时间
信号往返地球的时间为60秒,因此信号到达地球的时间为30秒。
步骤 2:计算飞船测得的距离
信号以光速c传播,因此在30秒内信号传播的距离为$c \times 30$秒。
步骤 3:计算地球测得的距离
从地球的角度看,信号往返时间需要考虑飞船的运动。飞船以$\frac{4}{5}c$的速度远离地球,因此信号往返时间需要根据相对论时间膨胀公式计算。
步骤 4:计算飞船接收到反射信号时,地球上测得的距离
根据相对论时间膨胀公式计算出信号往返时间,然后根据飞船速度和时间计算出飞船与地球的距离。
信号往返地球的时间为60秒,因此信号到达地球的时间为30秒。
步骤 2:计算飞船测得的距离
信号以光速c传播,因此在30秒内信号传播的距离为$c \times 30$秒。
步骤 3:计算地球测得的距离
从地球的角度看,信号往返时间需要考虑飞船的运动。飞船以$\frac{4}{5}c$的速度远离地球,因此信号往返时间需要根据相对论时间膨胀公式计算。
步骤 4:计算飞船接收到反射信号时,地球上测得的距离
根据相对论时间膨胀公式计算出信号往返时间,然后根据飞船速度和时间计算出飞船与地球的距离。