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时间:2017-11-12
《大学物理课后习题答案(第三章) 北京邮电大学出版社》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、习题三3-1惯性系S′相对惯性系以速度运动.当它们的坐标原点与重合时,==0,发出一光波,此后两惯性系的观测者观测该光波的波阵面形状如何?用直角坐标系写出各自观测的波阵面的方程.解:由于时间和空间都是均匀的,根据光速不变原理,光讯号为球面波.波阵面方程为:题3-1图3-2设图3-4中车厢上观测者测得前后门距离为2.试用洛仑兹变换计算地面上的观测者测到同一光信号到达前、后门的时间差.解:设光讯号到达前门为事件,在车厢系时空坐标为,在车站系:光信号到达后门为事件,则在车厢系坐标为,在车站系:于是或者3-3惯性系S′
2、相对另一惯性系沿轴作匀速直线运动,取两坐标原点重合时刻作为计时起点.在S系中测得两事件的时空坐标分别为=6×104m,=2×10-4s,以及=12×104m,=1×10-4s.已知在S′系中测得该两事件同时发生.试问:(1)S′系相对S系的速度是多少?(2)系中测得的两事件的空间间隔是多少?解:设相对的速度为,(1)由题意则故(2)由洛仑兹变换代入数值,3-4长度=1m的米尺静止于S′系中,与′轴的夹角=30°,S′系相对S系沿轴运动,在S系中观测者测得米尺与轴夹角为45.试求:(1)S′系和S系的相对运动速
3、度.(2)S系中测得的米尺长度.解:(1)米尺相对静止,它在轴上的投影分别为:,米尺相对沿方向运动,设速度为,对系中的观察者测得米尺在方向收缩,而方向的长度不变,即故把及代入则得故(2)在系中测得米尺长度为3-5一门宽为,今有一固有长度(>)的水平细杆,在门外贴近门的平面内沿其长度方向匀速运动.若站在门外的观察者认为此杆的两端可同时被拉进此门,则该杆相对于门的运动速率至少为多少?解:门外观测者测得杆长为运动长度,,当时,可认为能被拉进门,则解得杆的运动速率至少为:题3-6图3-6两个惯性系中的观察者和以0.6c
4、(c表示真空中光速)的相对速度相互接近,如果测得两者的初始距离是20m,则测得两者经过多少时间相遇?解:测得相遇时间为测得的是固有时∴,,,或者,测得长度收缩,3-7观测者甲乙分别静止于两个惯性参考系和中,甲测得在同一地点发生的两事件的时间间隔为4s,而乙测得这两个事件的时间间隔为5s.求:(1)相对于的运动速度.(2)乙测得这两个事件发生的地点间的距离.解:甲测得,乙测得,坐标差为′(1)∴解出(2)∴负号表示.3-8一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,则他所乘的
5、火箭相对于地球的速度是多少?解:∴3-9论证以下结论:在某个惯性系中有两个事件同时发生在不同地点,在有相对运动的其他惯性系中,这两个事件一定不同时.证:设在系事件在处同时发生,则,在系中测得,∴即不同时发生.3-10试证明:(1)如果两个事件在某惯性系中是同一地点发生的,则对一切惯性系来说这两个事件的时间间隔,只有在此惯性系中最短.(2)如果两个事件在某惯性系中是同时发生的,则对一切惯性关系来说这两个事件的空间间隔,只有在此惯性系中最短.解:(1)如果在系中,两事件在同一地点发生,则,在系中,,仅当时,等式
6、成立,∴最短.(2)若在系中同时发生,即,则在系中,,仅当时等式成立,∴系中最短.3-11根据天文观测和推算,宇宙正在膨胀,太空中的天体都远离我们而去.假定地球上观察到一颗脉冲星(发出周期无线电波的星)的脉冲周期为0.50s,且这颗星正沿观察方向以速度0.8c离我们而去.问这颗星的固有周期为多少?解:以脉冲星为系,,固有周期.地球为系,则有运动时,这里不是地球上某点观测到的周期,而是以地球为参考系的两异地钟读数之差.还要考虑因飞行远离信号的传递时间,∴′则3-126000m的高空大气层中产生了一个介子以速度=0
7、.998c飞向地球.假定该介子在其自身静止系中的寿命等于其平均寿命2×10-6s.试分别从下面两个角度,即地球上的观测者和介子静止系中观测者来判断介子能否到达地球.解:介子在其自身静止系中的寿命是固有(本征)时间,对地球观测者,由于时间膨胀效应,其寿命延长了.衰变前经历的时间为这段时间飞行距离为因,故该介子能到达地球.或在介子静止系中,介子是静止的.地球则以速度接近介子,在时间内,地球接近的距离为经洛仑兹收缩后的值为:,故介子能到达地球.3-13设物体相对S′系沿轴正向以0.8c运动,如果S′系相对S系沿x轴正
8、向的速度也是0.8c,问物体相对S系的速度是多少?解:根据速度合成定理,,∴3-14飞船以0.8c的速度相对地球向正东飞行,飞船以0.6c的速度相对地球向正西方向飞行.当两飞船即将相遇时飞船在自己的天窗处相隔2s发射两颗信号弹.在飞船的观测者测得两颗信号弹相隔的时间间隔为多少?解:取为系,地球为系,自西向东为()轴正向,则对系的速度,系对系的速度为,则对系(船)的速度为发射弹是从的同一
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