狭义相对论习题思考题
- 格式:doc
- 大小:454.50 KB
- 文档页数:8
大家好:以下题目中,第1至第5题任选一题,第6、7、8题选一题,第9、10题任选一题,共计3题,不接受打印稿。
4月25日由学习委员统一交与我。
1、如果说在相对论中一切东西都是相对的,你的看法如何?在相对论中,不是一切都是相对的,也有绝对性存在的方面。
如,光相对于所有惯性系其速率是不变的,即是绝对的;又如,力学规律,如动量守恒定律、能量守恒定律等在所有惯性系中都是成立的,即相对于不同的惯性系力学规律不会有所不同,此也是绝对的;还有,对同时同地的两事件同时具有绝对性等2、洛伦兹理论与爱因斯坦相对论的主要区别是什么?你是如何理解这样的区别的?洛伦兹得出的两个惯性系间的洛伦兹变换和爱因斯坦的结论相同但是他们对这两个系惯性的解释不同洛伦兹是相信牛顿的看法存在一个绝对空间。
但是以洛伦兹的这种解释。
实际的许多问题都不能解决爱因斯坦是直接不考虑牛顿的绝对空间。
直接考虑两个惯性系见的关系。
得出的变换。
和洛伦兹变换相同。
所以他们虽然得出的结论相同。
但是洛伦兹对此变换的解释是错误的。
但是因为洛伦兹得出这个结论较早。
所以称之为洛伦兹变换3、谈谈你对质能关系的理解。
质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论 即著名的方程式E=mC^2 式中为E能量 m为质量 C为光速 也就是说 一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。
由此可以解释为什么物体的运动速度不可能超过光速,:质能关系:2mcE=这个公式不是告诉我们质量可以转化为能量,能量也可以转化为质量,而是告诉我们能量和质量是同一事物的两个方面。
凡是有质量的东西都含有能量,凡是能量,也都同时具有质量。
4、根据爱因斯坦的狭义相对论,如果你是在近光的速度移动,将会发生什么“奇妙”现象?5、谈谈你对双生子佯谬、停车库佯谬等的理解。
:所谓双生子佯谬,就是说假设有一对双生子A与B,A一直生活在地球上,B则坐上高速的宇宙飞船飞向远方的星球进行星际旅行,然后再返回地球。
回来后发现B比A年轻许多。
第十八章 狭义相对论习题(一)教材外习题 一、选择题:1.下列几种说法:(1)所有惯性系对物理基本规律都是等价的(2)在真空中,光的速度与光的频率、光源的运动状态无关(3)在任何惯性系中,光在真空中沿任何方向的传播速度都相同。
其中哪些说法是正确的?(A )只有(1)、(2)是正确的 (B )只有(1)、(3)是正确的(C )只有(2)、(3)是正确的 (D )三种说法都是正确的( )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∆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(A )c ·∆t (B )v ·∆t(C )c ·∆t ·2(v/c)1- (D )2(v/c)-1tc ∆⋅(c 表示真空中光速)( )3.关于同时性有人提出以下一些结论,其中哪个是正确的?(A )在一惯性系同时发生的两个事件,在另一惯性系一定不同时发生(B )在一惯性系不同地点同时发生的两个事件,在另一惯性系一定同时发生(C )在一惯性系同一地点同时发生的两个事件,在另一惯性系一定同时发生(D )在一惯性系不同地点不同时发生的两个事件,在另一惯性系一定不同时发生( )4.令电子的速率为v ,则电子的动能E k 对于比值v/c 的图线可用下列图中哪一个图表示?(c 表示真空中光速)5.在参照系S 中,有两个静止质量都是m -0的粒子A 和B ,分别以速度v 沿同一直线相向运动,相碰后合在一起成为一个粒子,则其静止质量M 0的值为(A )2m 0 (B )2m 02)v/c (1-(C )20)v/c (12-m (D )20(v/c)12m - (C 表示真空中的光速) ( )二、填空题:1.狭义相对论的两条基本原理中,相对性原理说的是______________________________ ________________________________________________________________________; 光速不变原理说的是__________________________________________________________ ____________________________________________________。
1.狭义相对论的两个基本假设分别是---------------- 和-------------- O2.在S系中观察到两个事件同时发生在x轴上,其间距离是1加在S' 系中观察这两个事件之间的距离是2加则在S'系中这两个事件的时间间隔是3.宇宙飞船相对于地面以速度y做匀速直线飞行,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At(飞船上的钟)时间后,被尾部的接受器收到,真空中光速用C表示,则飞船的固有长度为----------------- ------- O4.一宇航员要到离地球为5光年的星球去旅行,如果宇航员希望把这路程缩短为3光年,真空中光速用c表示,则他所乘的火箭相对地球的速度应是------------------ O5.在某地发生两件事,静止位于该地的甲测得时间间隔为4s,若相对屮做匀速直线运动的乙测得时间间隔为5,真空中光速用c表示,则乙相对于甲的运动速度是_________________ o6.一宇宙飞船相对地球以(c表示真空中光速)的速度飞行。
一光脉冲从船尾传到船头,飞船上的观察者测得飞船长为90加地球上的观察者测得光脉冲从船尾发出和到达船头两个事件的空间间隔为------------------------ o7.两个惯性系中的观察者0和0’以(c为真空中光速)的相对速度互相接近,如果0测得两者的初距离是20口,则0'测得两者经过时间间隔力t'= ------------------------------ 后相遇。
8."介子是不稳定的粒子,在它自己的参照系中测得平均寿命是XW s s ,如果它相对实验室以(c为真空中光速)的速度运动,那么实验室坐标系中测得的H ★介子的寿命是 --------------------- o9.c表示真空中光速,电子的静能m0 c:= MeV,则根据相对论动力学,动能为1/4 Mev的电子,其运动速度约等于---------------- o10.a粒子在加速器中被加速,当其质量为静止质量的5倍时,其动能为静止能量的--------------- 倍11.在S系中观察到两个事件同时发生在X轴上,其间距是1000 mo在S 系中测得两事件的发生地点相距2 000 mo试求在S'系中这两事件的时间间隔。
大家好:
以下题目中,第6、7题必选一题,第1至第5题任选一题或自选,不接受打印稿,下周五(11月4日)由学习委员统一交与我。
1、如果说在相对论中一切东西都是相对的,你的看法如何?
2、洛伦兹理论与爱因斯坦相对论的主要区别是什么?你是如何理解这样的区别的?
3、谈谈你对质能关系的理解。
4、根据爱因斯坦的狭义相对论,如果你是在近光的速度移动,将会发生什么“奇妙”现象?
5、谈谈你对双生子佯谬、停车库佯谬等的理解。
6、一高速列车穿过一山底隧道,列车和隧道静止时有相同的长度
l,山顶上有
人看到当列车完全进入隧道中时,在隧道的进口和出口处同时发生了雷击,但并未击中列车,试按相对论理论定性分析列车上的旅客应观察到什么现象?这现象是如何发生的?
7、设一车厢以匀速v在地面上行驶,在车厢中点有一闪光灯发出一瞬时闪光,并由车厢前后壁设置的光接收器A和B接受,试在车厢和地面两个参考系中分析A和B接受到光信号这两件事的同时性
①按经典的时空观来分析,
②按狭义相对论来分析。
狭义相对论习题思考题 ———————————————————————————————— 作者: ———————————————————————————————— 日期:
ﻩ习题 6-1. 设固有长度m50.20l的汽车,以m/s0.30v的速度沿直线行驶,问站在路旁的观察者按相对论计算该汽车长度缩短了多少?
解:)(1220cvll 2222211)(1cvcv
mcvllll1422001025.121 6-2. 在参考系S中,一粒子沿直线运动,从坐标原点运动到了m105.18x处,经历时间为s00.1t,试计算该过程对应的固有时。 解:以粒子为S系
scvtt866.0)(122 6-3. 从加速器中以速度cv8.0飞出的离子在它的运动方向上又发射出光子。求这光子相对于加速器的速度。 解:设加速器为S系,离子为S系
ccvuuvvxxx21
6-4. 两个宇宙飞船相对于恒星参考系以c8.0的速度沿相反方向飞行,求两飞船的相对速度。 解:设其中一个宇宙飞船为S系,恒星为S系
6-5. 从S系观察到有一粒子在01t时由m1001x处以速度cv98.0沿x方向运动,s10后到达2x点,如在S系(相对S系以速度cu96.0沿x方向运动)观察,粒子出发和到达的时空坐标2211,,,xtxt各为多少?(0tt时,S与S的原点重合),并算出粒子相对S系的速度。
解:scccccvxcutt62222121110147.1)96.0(110096.00)(1
sccccccvxcutt11.2)96.0(18.996.010)(122222222 mccccuutxx14.357)96.0(1096.0100)(1222111 mcccccuutxx82222221014.2)96.0(11096.08.9)(1 6-6 .一飞船静长0l以速度u相对于恒星系作匀速直线飞行,飞船内一小球从尾部运动到头部,宇航员测得小球运动速度为v,试算出恒星系观察者测得小球的运动时间。 解:设恒星系为S系,飞船为系S
vlt0
)(1)1()(1)1()(12220222222cuvvculcutxcutcuxcutt
6-7. 一个静止的0K介子能衰变成一个π介子和一个π
介子,这两个π介子的速率均
为c85.0.现有一个以速率c90.0相对于实验室运动的0K介子发生上述衰变。以实验室为参考系,两个π介子可能有的最大速率和最小速率是多少?
解:最大速度 cccccccvuuvvxxx992.085.09.019.085.0122
最小速度 cccccccvuuvvxxx213.0)85.0(9.019.0)85.0(122 6-8. 一个电子从静止开始加速到c1.0,需对它做多少功?,若速度从c9.0增加到c99.0又要做多少功?
解:}1)1.0(11{1051.0})(11)(11{2622122220cccvcvcmEk
eV57.2 })9.0(11)99.0(11{1051.0})(11)(11{22622122220cccccvcvcmEk
MeV44.2 6-9. 一静止电子(静止能量为MeV51.0)被1.3MeV的电势差加速,然后以恒定速度运动。求:(1)电子在达到最终速度后飞越m4.8的距离需要多少时间?(2)在电子的静止系中测量,此段距离是多少?
解:MeVcm51.020 MeVEk3.1
MeVEcmmck81.1202 220
1cvmm
181088.2smv svlt881092.21088.24.8
mcvll35.2122 6-10. 有两个中子A和B,沿同一直线相向运动,在实验室中测得每个中子的速率为c.试证明相对中子A静止的参考系中测得的中子B的总能量为:
202
211cmE
其中0m为中子的静质量。 证明:设中子A为S系,实验室为S系,中子B相对于中子A速度为
22121
cvcuuvv
xx
x
202222202220211)12(11cmcmcvcmmcEx
6-11. 一电子在电场中从静止开始加速,电子的静止质量为kg1011.931. (1)问电子应通过多大的电势差才能使其质量增加%4.0? (2)此时电子的速率是多少?
解: (1) eUEk 004.000mmm
202024.0cmcmmceU
VecmU3201024.0 (2) 22001004.1cvmmm 17107.2smv
6-12. 已知一粒子的动能等于其静止能量的n倍,求:(1)粒子的速率,(2)粒子的动量。
解:(1) 20cnmEk 而 )111(2220202cvcmcmmcEk
整理得 1)2(nnncv (2) 420222cmcPE 而 20)1(cmnE )2(0nncmP 6-13. 太阳的辐射能来源于内部一系列核反应,其中之一是氢核(H11)和氘核(H21)聚变为氦核(He32),同时放出光子,反应方程为 HeHH
32211
1
已知氢、氘和He3的原子质量依次为u007825.1、2.014102u和3.016029u. 原子质量单位kg1066.1u127. 试估算光子的能量。 解:kguuum2910979.0016029.3014102.2007825.1
根据质能方程 MeVmcE51.5106.1)103(10979.01928292 思考题 6-1. 关于狭义相对论,下列几种说法中错误的是下列哪种表述: (A)一切运动物体的速度都不能大于真空中的光速;
(B)在任何惯性系中,光在真空中沿任何方向的传播速率都相同; (C)在真空中,光的速度与光源的运动状态无关; (D)在真空中,光的速度与光的频率有关。 答: (D)
6-2. 两飞船A、B均沿静止参照系的x轴方向运动,速度分别为1v和2v. 由飞船A向飞船B发射一束光,相对于飞船A的速度为c,则该光束相对于飞船B的速度为多少? 答: 光速c 6-3. 在惯性系S和S,分别观测同一个空间曲面。如果在S系观测该曲面是球面,在S系观测必定是椭球面。反过来,如果在S系观测是球面,则在S系观测定是椭球面,这一
结论是否正确? 答:根据运动的相对性这个结论是正确的 6-4. 一列以速度v行驶的火车,其中点C与站台中点C对准时,从站台首尾两端同时发出闪光。从看来,这两次闪光是否同时?何处在先?
答:根据 )(2xcutt 由于 0t 0x 所以 0t 即对C点的观测者来说两次闪光不同时发生,尾部在先。 6-5. 一高速列车穿过一山底隧道,列车和隧道静止时有相同的长度0l,山顶上有人看到当列车完全进入隧道中时,在隧道的进口和出口处同时发生了雷击,但并未击中列车。试按相对论理论定性分析列车上的旅客应观察到什么现现象?这现象是如何发生的? 答:对于地面的观察者雷击是在不同地方同时发生的,但是对于列车上的旅客来说这两个事件不是同时发生的,他应该看到两次雷击现象。
6-6. 假设在海拔m9000高山处产生的子,静止时的平均寿命为s20,以速度
cv998.0向山下运动。在下述两参考系中估计在山脚下能否测到子?(1)在地面参考系
中观测;(2)在子参考系中观测。 答:在子参考系中观测子飞过的距离 mvl2010988.5
对于地面的观测者子飞过的距离mcvll3221046.91
l大于m9000,所以可以到达地面。
6-7. 在地球上测量来自太阳赤道上相对的两端辐射的αH线,其中一条αH线的波长
为nm656,且与另一条αH线的波长相差nm1093. 假定此效应是由于太阳自转引起的,求太阳自转的周期(太阳的直径是km104.16)。 答:此题可根据多普勒效应求解,具体解略。 6-8. 设在S系中有一粒子,原来静止于原点O,在某一时刻粒子分裂为相等的两半A和B,分别以速率u沿x轴的正向和反向运动。设另一参考系S以速率u沿x方向运
动。 (1)S系中测得B的速度多大?
(2)S系中测得A和B的质量比)(BAmm多大? 答:S系中测得B的速度为0。 A相对于S系中的速度: