题目
宇宙飞船相对于地面以速度v作匀速直线飞行,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. ccdot(Delta{t)}B. vcdot(Delta{t)}C. (ccdot(Delta{t)})/(sqrt(1-(v/c)^2))D. ccdot(Delta{t)}cdot(sqrt(1-(v/c)^2))
宇宙飞船相对于地面以速度$v$作匀速直线飞行,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,以及如何在不同参考系中正确计算光信号传播时间。
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。
- 在飞船参考系(S'系)中,飞船静止,光信号传播时间$\Delta t$直接对应固有长度$L = c \cdot \Delta t$。
- 无需考虑相对论修正(如长度收缩或时间膨胀),因为题目明确要求计算固有长度。
破题关键点:
- 明确区分“固有长度”与“相对论长度收缩”:固有长度是物体静止时的长度,与参考系无关,而长度收缩是运动参考系中的观测结果。
- 题目中$\Delta t$是飞船上的钟记录的时间,属于飞船参考系内的事件,直接用于计算固有长度。
在飞船参考系(S'系)中,飞船静止,光信号从头部传到尾部的时间为$\Delta t$。此时,光信号的传播路径为飞船的固有长度$L$,且光速为$c$。根据匀速运动公式:
$L = c \cdot \Delta t$
因此,飞船的固有长度为$c \cdot \Delta t$,对应选项A。
错误选项分析:
- 选项B($v \cdot \Delta t$)错误,因为$v$是飞船相对于地面的速度,与飞船参考系中的光信号传播无关。
- 选项C、D涉及相对论因子$\sqrt{1 - (v/c)^2}$,但题目要求计算固有长度,无需考虑相对论修正。