题目
设有宇宙飞船A和B,固有长度均为 _(0)=100m ,沿同一方向匀速飞行,-|||-在飞船B上观测到飞船A的船头、船尾经过飞船B船头的时间间隔为 dfrac (5)(3)times (10)^-7s ,-|||-求飞船B相对于飞船A的速度的大小.

题目解答
答案

解析
本题考查狭义相对论中的长度收缩效应和匀速直线运动的速度公式,关键是明确不同参考系下的观测长度与时间间隔的关系。
步骤1:明确物理量与参考系
- 固有长度:飞船A和B的固有长度均为$l_0=100\,\text{m}$(固有长度指物体在静止参考系中的长度)。
- 飞船B的观测:在飞船B上,观测到飞船A的船头、船尾经过B的船头的时间间隔为$\Delta t=\frac{5}{3}\times10^{-7}\,\text{s}$。
- 速度关系:飞船A相对于B的速度$v$,等于飞船B相对于A的速度(相对论中速度的相对性)。
步骤2:飞船B中观测到的飞船A的长度
根据狭义相对论的长度收缩效应,运动物体的长度会缩短,飞船B中观测到的飞船A的长度$l$为:
$l=l_0\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}$
其中$c=3\times10^8\,\text{m/s}$为光速。
步骤3:结合运动学公式求速度$v$
在飞船B的参考系中,飞船A以速度$v$经过B的船头,船头到船尾经过的距离即为收缩后的长度$l$,因此:
$l=v\Delta t$
联立长度收缩公式与上式:
$l_0\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}=v\Delta t$
步骤4:解方程求$v$
将$l_0=100\,\text{m}$、$\Delta t=\frac{5}{3}\times10^{-7}\,\text{s}$、$c=3\times10^8\,\text{m/s}$代入,整理得:
$100\sqrt{1-\left(\frac{v}{3\times10^8}\right)^2}=v\times\frac{5}{3}\times10^{-7}$
两边平方并化简(过程略),解得:
$v\approx2.68\times10^8\,\text{m/s}$