题目
已知惯性系 S 相对于惯性系 S 系以 0.5 c 的匀速度沿 x 轴的方向运动,若从 S 系的坐标原点 o 沿 x 轴正方向发出一光波,则 S 系中测得此光波的波速为 。
已知惯性系 S 相对于惯性系 S 系以 0.5 c 的匀速度沿 x 轴的方向运动,若从 S 系的坐标原点 o 沿 x 轴正方向发出一光波,则 S 系中测得此光波的波速为 。
题目解答
答案
解:c
解析
考查要点:本题主要考查狭义相对论中的光速不变原理,即在任何惯性参考系中,光速在真空中的传播速度都是$c$,与光源的运动状态无关。
解题核心思路:
根据爱因斯坦狭义相对论的基本假设,光速在所有惯性系中保持恒定。无论观察者所在的参考系如何运动,只要光在真空中传播,其速度测量值均为$c$。因此,无需复杂计算,直接应用光速不变原理即可得出结论。
破题关键点:
明确区分经典速度叠加公式与相对论速度叠加公式的差异。在经典力学中,观察者可能认为光速会因参考系运动而改变,但相对论中光速是绝对不变的。
根据题目条件,惯性系$S'$以速度$v=0.5c$沿$x$轴方向运动,而光波在$S$系中的传播速度为$c$。根据光速不变原理,无论$S'$系相对于$S$系如何运动,光波在$S'$系中的速度仍为$c$。
关键推导(辅助理解):
若使用相对论速度变换公式:
$u' = \frac{u - v}{1 - \frac{uv}{c^2}}$
代入$u = c$(光在$S$系的速度),得:
$u' = \frac{c - v}{1 - \frac{vc}{c^2}} = \frac{c - v}{1 - \frac{v}{c}} = c$
最终结果仍为$c$,验证了光速不变性。