大学物理20相对论习题解答VIP免费

《狭义相对论》习题解答20.1填空(1)长度收缩公式22/1'cvLL−=成立的条件是。解：'L必须是固有长度（本征长度）。(2)时钟变慢公式22/1'cvtt−∆=∆成立的条件是。解：'t∆必须是固有（本征）时间。(3)实验测得某粒子静止时的平均寿命是τ，它以很低的速度v运动时的平均飞行距离为τv。但若v接近光速，实验测得，绝大多数粒子的飞行距离远大于τv，这个实验结果说明。解：说明了高速运动中的时间膨胀效应。(4)对某观察者来说，发生在同一地点、同一时刻的两个事件，对其他一切观察者来说，它们是发生的(回答“同时”或“不同时”)。有两事件，在S惯性系发生于同一时刻、不同的地点，它们在其它惯性系S′中发生(回答“同时”，“不一定同时”或“不同时”)。解：由同时性的相对性应该回答“不一定同时”。(5)从S′系的坐标原点O′沿X′正向发射一光波，已知S′系相对于S系以0.8c沿X负方向运动，则S系中测得此光波的速度为。解：光速不变，仍然是c。(6)在速度v=情况下粒子的动量等于非相对论动量的两倍。解：当粒子以速度v运动时，相对论动量为：vmmv0γ=，若等于非相对论动量的两倍，则有：vmvm002=γ，即2=γ，所以cv866.0=。(7)在速度v=情况下粒子的动能等于它的静能。解：在动能等于静能的情况下，有202022cmcmEmck=+=所以，2=γ，故有，cv866.0=。20.2选择正确答案[](1)迈克尔逊–莫雷在1887年做的实验是最著名的，这个实验：(A)证明了以太不存在；(B)观察不到地球相对于以太运动；(C)表明了以太过于稀薄，以致观察不出来；(D)证明了狭义相对论是正确的。（2）根据相对论力学，动能0.25MeV的电子(电子静能为0.51MeV)，其运动速度约等于(A)0.1c；(B)0.5c；(C)0.75c；(D)0.85c。（3）一电子的运动速度cv99.0=，它的动能是(A)3.5MeV；(B)4.0MeV；(C)3.1MeV；(D)2.5MeV。解：略。20.3判断下列叙述是否正确。正确的，在后面的括号画“√”，错误的画“×”。(1)若子弹飞出枪口的事件为A，子弹打中靶为事件为B，则在任何运动着的参照系中测量a、子弹飞行的距离都小于地面观察者测出的距离，[]b、事件A总是早于事件B。[](2)2mcE=这个公式说明物体的质量和能量可以相互转化；[](3)某一星作远离地球的相对运动，其光谱线比它相对地球静止时的光谱线要向紫端移动。[]解：略。20.4观察者甲和乙分别静止在两个惯性系S和S’′中，甲测得在同一地点发生的两个事件的时间间隔为4s，而乙测得这两个事件的时间间隔中为5s。求：(1)S’′相对于S的运动速度；(2)乙测得这两个事件发生地之间的距离。解：（1）同一地点发生的两个事件的时间间隔是本征时间，等于4s，而膨胀后时间是5s。由时间膨胀公式可得25.1=γ，v=0.6c。（2）乙测得两事件发生地的距离为：81095×==vl20.5在S惯性系中观测到相距m1098×=∆x的两地点相隔s5=∆t发生两事件，而在相对于S系沿x方向以匀速运动的S’′系中发现该两事件发生在同一地点。试求S’′系中该两事件的时间间隔。解：在S’′系中看是发生在同一地点的两事件，其时间间隔是本征时间，所以，γ/'tt∆=∆而25.1,6.0==∆∆=γctxv，所以：st4'=∆。20.6火箭相对地面以cv6.0=匀速向上飞离地球。在火箭上记录发射s10=′∆t后，该火箭向地面发射一导弹，其速度相对于地面为cv3.01=，问地上记录火箭发射后多长时间导弹到达地球？解：火箭上记录的10s时间在地面上看，为s5.1210=γ，火箭飞行的高度为sc5.126.0×，再以0.3c的速度落向地面（忽略重力），需要的时间为scsc253.05.126.0=×，所以总时间为37.5s。20.7π介子静止时的半衰期为s1077.18−×=T，当它们以速度cv99.0=从加速器中射出时，问经过多远的距离其强度减少一半？解：当π介子运动时，其半衰期变为2899.0111077.1−×=−Tγ，在半衰期内飞行距离为mc3999.099.0111077.128=×−×−，此时强度减少一半。20.8π介子的平均寿命是s106.28−×。如果这种粒子具有速度0.8c，那么，在实验室测量的平均寿命为多少？衰变前飞行多远？解：s106.28−×可以看成是本征时间，在实验室中的平均寿命是膨胀后的时间，所以由时间膨胀公式，s106.2610'8−××=∆=∆ttγ飞行距离为：mtvl4.100.8c106.26108=×××=∆=−。20.9一米...