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第4章-狭义相对论时空观习题解答.doc

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第4章-狭义相对论时空观习题解答.doc

上传人:沧桑一梦 2022/4/3 文件大小:456 KB

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第4章-狭义相对论时空观习题解答.doc

文档介绍

文档介绍:1
1<br****题
c的速率运动。地上有一系列的同步钟,当经过地面上的一台钟时,驾驶员注意到它的指针在,他即刻把自己的钟拨到。行驶了一段距离后,他自己的钟指到6 us时,驾驶员看地面上另一台钟。问这个钟的读数是多少?【解】 设立方体沿x方向运动,立方体的一条棱边平行于x轴。
立方体的原边长为
运动时,沿x轴方向边长为:
因此物体的体积为:
运动时,物体的质量为:
因此运动时物体的密度为:
直杆纵向平行于S系的Ox轴匀速运动,在S系中同时标出该杆两端的位置,并测得两端坐标差Δx1=4 m。假设在固定于杆上的S′ 系中同时标出该杆两端的位置,则在S′ 系中测得两端坐标差Δx2=9 m。求杆本身的长度和杆相对于S系的运动速度。
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【解】根据题意可知,在S′ 系中测得杆的长度即为原长。
根据长度收缩关系式 是在系中测得杆的长度

【解】〔邱雄****题答案〕设直杆的原长为,根据题意可知,在S′ 系中测得杆的长度即为原长。
是在系中测得杆的长度
是系测得的距离〔原长〕,在系测得为〔缩短了〕

从地球上测得地球到最近的恒星半人马座α&#215;1016 m,设一宇宙飞船以速度c从地球飞向该星。〔1〕飞船中的观察者测得地球和该星间距离是多少?〔2〕按照地球上的时钟计算,飞船往返一次需要多少时间?假设以飞船上的时钟计算,往返一次的时间又为多少?
【解】〔1〕设地球为S系,飞船为S’系。地球上测得地球到半人马座α星的距离为原长,飞船测得的距离为测长。则:
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〔2〕地球上的时钟计算飞船往返一次所需的时间为
地球上的时钟计算飞船往返一次所需的时间为测时,以飞船时钟计为原时,则
天津和北京相距120 km。在北京于某日上午9时整有一工厂因过载而断电。。试求在以沿北京到天津方向飞行的飞船中的观察者看来,这两个事件相距多远?这两个事件之间的时间间隔是多少?哪一事件发生的更早?
【解】〔1〕设飞船为系,地球为系,北京发生事件1,天津发生事件2。飞船测得这两个事件的距离为:

〔2〕飞船测得这两个事件的时间间隔为:

,所以天津的事件先发生。
地球上的观察者发现,一艘以的速度航行的宇宙飞船在5 s后同一个以的速度与飞船相向飞行的彗星相撞。
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〔1〕飞船上的人看到彗星以多大速率向他们接近。〔2〕按照飞船上观察者的钟,还有多少时间允许它离开原来的航线以防止相撞?
【解】〔1〕设地球为系,飞船为系。由洛伦兹速度变换,在飞船测得的彗星速度为:
即彗星以的速率向飞船接近。
〔2〕飞船上测得测得离发生碰撞的时间间隔为:
一原子核以c的速率离开某观察者运动。原子核在它的运动方向上向后发射一光子,向前发射一电子。电子相对于核的速度为c。对于静止的观察者,电子和光子各具有多大的速度?
【解】设观察者所在参考系为S系,原子核为S’系。
洛伦兹速度变换式
由题意可知,,电子,光子
电子的速度
光子的速度
〔1〕火箭Ac的速度相对于地球向正东飞行,火箭Bc的速度相对于地球向正西飞行,求火箭B测得火箭A的速度大小和方向。〔2〕如果火箭A向正北飞行,火箭B仍向正西飞行,由火箭B测得火箭A的速度大小和方向又是如何?
【解】取正东为轴的正向,正北为轴的正向,根据洛伦兹速度相对变换式
, ,
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9
〔1〕将,,,代入,得:
即在火箭B上测得火箭A的速度大小为,方向为正东。
〔2〕将,,,代入,得:

即在火箭B上测得火箭A的速度大小为,方向为东偏北。
北京正负电子对撞机中,电子可以被加速到能量为。求:〔1〕这个电子的质量是其静止质量的多少倍?〔2〕这个电子的速率为多大?和光速相比相差多少?〔3〕这个电子的动量有多大?
【解】〔1〕根据,可得:
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10
即这个电子的质量是其静止质量的5883倍。
〔2〕由上式可计算出这个电子的速率为:
与光速相比,相差:
〔3〕电子的动量为:
由于,所以有
一个电子的总能量是它静能的5倍,求它的速率、动量、总能分别是多少?
【解】〔1〕根据,,可得:
由,求得电子的速率为:
〔2〕电子的动量:
〔3〕电子的能量:
〔1〕把一个静止质量为m0ccc所需的功又是多少?
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【解】〔1〕由相对论的功能关系,电子由静止加速到c所需的功