西工大与西安交大期末复习考研备考大学物理题库 七、近代物理 20 狭义相对论

狭义相对论

一、选择题

选择题：有下列几种说法：

(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率都相同.

若问其中哪些说法是正确的，答案是()

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.

答案：D

难度：易

选择题：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M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(c表示真空中光速)()

A、c・N

B、v-M

c

C、

-Q/C)2

D、c-M-yj\-(v/c)2

答案：A

难度：易

选择题：一火箭的固有长度为L,相对于地面作匀速直线运动的速度为外，火箭

上有一个人从火箭的后端向火箭前端上的一个靶子发射一颗相对于火箭的速度为

力的子弹.在火箭上测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是()

(c表示真空中光速)

必+v2

%一%

L

以Jl-（以/C）2

答案：B

难度：中

选择题：一匀质矩形薄板，在它静止时测得其长为小宽为。，质量为恤.由此可

算出其面积密度为如lab.假定该薄板沿长度方向以接近光速的速度v作匀速直线

运动，此时再测算该矩形薄板的面积密度则为（）

2

moA/l-（y/c）

、------------

ab

B恤

abyll-（v/c）2

c恤

、ab\l-（v/c）2]

ab[\-（v/c）2]3/2

答案：C

难度：中

选择题：（1）对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件,

对于相对该惯性系作匀速直线运动的其它惯性系中的观察者来说，它们是否同时

发生？

（2）在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，它们在其它惯性系

中是否同时发生？

关于上述两个问题的正确答案是：（）

A、（1）同时，（2）不同时.

B、（1）不同时，（2）同时.

C、⑴同时，⑵同时.

D、（1）不同时，（2）不同时.

答案：A

难度：易

选择题：有一直尺固定在K'系中，它与0/轴的夹角夕=45°,如果K'系以

匀速度沿Ox方向相对于K系运动，K系中观察者测得该尺与Qx轴的夹角

（）

A、大于45°.

B、小于45°.

C、等于45°.

D、当K'系沿Qx正方向运动时大于45°,而当K'系沿Ox负方向运动时

小于45°.

答案：A

难度：中

选择题：边长为。的正方形薄板静止于惯性系K的。町平面内，且两边分别与x,

y轴平行.今有惯性系K'以0.8c（c为真空中光速）的速度相对于K系沿x轴作

匀速直线运动，则从K'系测得薄板的面积为（）

A、0.6a2.

B、0.8a2.

C、a2.

D、a2/0.6.

答案：A

难度：中

选择题：两个惯性系S和S',沿）轴方向作匀速相对运动.设在系中某

点先后发生两个事件，用静止于该系的钟测出两事件的时间间隔为为，而用固定

在S系的钟测出这两个事件的时间间隔为汇.又在系无，轴上放置一静止于是

该系.长度为的细杆，从S系测得此杆的长度为/,则（）

A、T<Zb；I<to.

B、r<zb;/>Zo.

C、r>io;Z>4）.

D、r>w；I<lo.

答案：D

难度：中

选择题：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，则他所乘的火箭相对于地球的速度应是：（）

（c表示真空中光速）

A、1；=（1/2）c.

B、v-（3/5）c.

C、V-（4/5）c.

D、v-（9/10）c.

答案：C

难度：中

选择题：K系与K'系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K'系相对于K系沿

轴正方向匀速运动.一根刚性尺静止在K'系中，与O'x'轴成30°角.今在K

系中观测得该尺与Ox轴成45°角，则K'系相对于K系的速度是：（）

A、（2/3）c.

B、（l/3）c.

C、（2/3）1%.

D、（1/3）%.

答案：C

难度：中

选择题：在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4s,若相对于甲

作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5s,则乙相对于甲的运动速度是（）

（c表示真空中光速）

A、(4/5)c.

B、(3/5)c.

C、(2/5)c.

D、(1/5)c.

答案：B

难度：易

选择题：在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？（）

（1）一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速.

（2）质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变

的.

（3）在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中

也是同时发生的.

（4）惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟

比与他相对静止的相同的时钟走得慢些.

Az1\z3\z4\

()(J()

、\z,\7,\z

Bz1xz2\z4\

()(J(1

、,,

x1z\/x/

cz\z2\/3\

()(1()

、,,

x2zx7\z

Dz\z3\z4\

lJl—(l

、\/,\/,\z

答案：B

难度：中

选择题：关于同时性的以下结论中，正确的是（）

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

答案：C

难度：易

选择题：把一个静止质量为派的粒子，由静止加速到u=0.6c（c为真空中光速）

需作的功等于（）

A、0.18/noc2.

B、0.25nw2.

C、0.36/n（）c2.

D、1.25moc2.

答案：B

难度：中

选择题：某核电站年发电量为100亿度，它等于36X1（）15j的能量，如果这是由

核材料的全部静止能转化产生的，则需要消耗的核材料的质量为（）

A、0.4kg.

B、0.8kg.

C、(l/12)X107kg.

D、12X107kg.

答案：A

难度：易

选择题：一个电子运动速度u=0.99c,它的动能是：（）

（电子的静止能量为0.51MeV）

A、4.0MeV.

B、3.5MeV.

C、3.1MeV.

D、2.5MeV.

答案：C

难度：中

选择题：a粒子在加速器中被加速，当其质量为静止质量的3倍时，其动能为静止

能量的（）

倍

A、

3倍

B、

倍

、

C倍

5

D、

A

答案:

难度:易

选择题：已知电子的静能为0.51MeV,若电子的动能为0.25MeV,则它所增加的

质量与静止质量恤的比值近似为（）

A、0.1.

B、0.2.

C、0.5.

D、0.9.

答案：C

难度：中

选择题：质子在加速器中被加速，当其动能为静止能量的4倍时，其质量为静止

质量的（）

A、4倍.

B、5倍.

C、6倍.

D、8倍.

答案：B

难度：易

选择题：令电子的速率为以则电子的动能反对于比值Me的图线可用下列图中

哪一个图表示？（c表示真空中光速）（）

题目图片:

答案：D

难度：中

选择题：根据相对论力学，动能为0.25MeV的电子，其运动速度约等于（）

（c表示真空中的光速，电子的静能砍，=0.51MeV）

A、0.1c

B、0.5c

C、0.75c

D、0.85c

答案：C

难度：中

选择题：设某微观粒子的总能量是它的静止能量的K倍，则其运动速度的大小（以

c表示真空中的光速）（）

B、—71-^2.

K

c、£JK2-I.

K

D、&jK（K+2）.

答案：C

难度：中

选择题：狭义相对论力学的基本方程为（）

m0du

/c2d£

答案：D

难度：中

选择题：根据狭义相对论力学的基本方程声=dp/df,以下论断中正确的是

()

A、质点的加速度和合外力必在同一方向上，且加速度的大小与合外力的大

小成正比.

B、质点的加速度和合外力可以不在同一方向上，但加速度的大小与合外力

的大小成正比.

C、质点的加速度和合外力必在同一方向上，但加速度的大小与合外力可不

成正比.

D、质点的加速度和合外力可以不在同一方向上，且加速度的大小不与合外

力大小成正比.

答案：D

难度：易

选择题：在惯性参考系S中，有两个静止质量都是蜂的粒子A和'分别以速度

u沿同一直线相向运动，相碰后合在一起成为一个粒子，则合成粒子静止质量M)

的值为(c表示真空中光速)()

A、2

B、277ma-(u/C)2.

C、.

2%

答案：D

难度：易

选择题：在惯性系S中，一粒子具有动量Sx，Py,兄)=(5,3,V2)MeV/c,及总

能量E=10MeV(c表示真空中光速)，则在S中测得粒子的速度v最接近于

()

答案-C

难度;较难

选择题：一宇宙飞船相对于地球以0.8c(c表示真空中光速)的速度飞行.现在一

光脉冲从船尾传到船头，已知飞船上的观察者测得飞船长为90m,则地球上的观

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（）

A、270m.

B、150m.

C、90m.

D、54m.

答案：A

难度：较难

二、填空题

填空题：以速度v相对于地球作匀速直线运动的恒星所发射的光子，其相对于地

球的速度的大小为.

答案：c3分

难度：易

填空题：有一速度为〃的宇宙飞船沿x轴正方向飞行，飞船头尾各有一个脉冲光

源在工作，处于船尾的观察者测得船头光源发出的光脉冲的传播速度大小为

；处于船头的观察者测得船尾光源发出的光脉冲的传播速度大小为

答案：c2分c2分

难度：易

填空题：已知惯性系S'相对于惯性系S系以0.5c的匀速度沿x轴的负方向运动，

若从S'系的坐标原点。'沿x轴正方向发出一光波，则S系中测得此光波在真空

中的波速为.

答案：c3分

难度：易

填空题：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______________________________________________

答案：一切彼此相对作匀速直线运动的惯性系对于物理学定律都是等价的2分

一切惯性系中，真空中的光速都是相等的2分

难度：易

填空题：当惯性系S和S'的坐标原点。和O'重合时，有一点光源从坐标原点

发出一光脉冲，在S系中经过一段时间r后（在S'系中经过时间〃）,此光脉冲

的球面方程（用直角坐标系）分别为：S系；

S'系.

答案：x2+y2+z2=c2f22分；x'2+y>2+z'2=c2t'22分

难度：中

填空题：一观察者测得一沿米尺长度方向匀速运动着的米尺的长度为0.5m.则此

米尺以速度u=m.s1接近观察者.

答案：2.60X1083分

难度：易

填空题：狭义相对论确认，时间和空间的测量值都是,它们与观

察者的密切相关.

答案：相对的2分；运动2分

难度：易

填空题：一列高速火车以速度u驶过车站时，固定在站台上的两只机械手在车厢

上同时划出两个痕迹，静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间的距离为1m,

则车厢上的观察者应测出这两个痕迹之间的距离为.

答案：1/J1-(〃/c)2m3分

难度：中

填空题：牛郎星距离地球约16光年，宇宙飞船若以的匀速度飞

行，将用4年的时间(宇宙飞船上的钟指示的时间)抵达牛郎星.

答案：2.91X108m.s13分

难度：中

填空题：静止时边长为50cm的立方体，当它沿着与它的一个棱边平行的方向相

对于地面以匀速度2.4Xl()8m.si运动时，在地面上测得它的体积是o

答案：0.075n?3分

难度：中

填空题：一门宽为a.今有一固有长度为/o(/o>a)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.

答案：cjl-(a//。)?3分

参考解：根据运动杆长度收缩公式/=—

则心】0y/l-(u/c)2,u2cjl—(a〃o)2

难度：中

填空题：口子是一种基本粒子，在相对于子静止的坐标系中测得其寿命为而=2

X106s.如果日子相对于地球的速度为u=0.988c(c为真空中光速)，则在地球坐标

系中测出的日子的寿命T=.

答案：1.29X105S3分

难度：中

填空题：兀+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2.6X10$s,

如果它相对于实验室以0.8c(c为真空中光速)的速率运动，那么实验室坐标系中测

得的兀+介子的寿命是s.

答案：4.33X1083分

难度：中

填空题：两个惯性系中的观察者。和0'以0.6c(c表示真空中光速)的相对速度

互相接近.如果。测得两者的初始距离是20m,则O'测得两者经过时间

W=s后相遇.

答案：8.89X1083分

难度：难

填空题：在S系中的光轴上相隔为“处有两只同步的钟A和&读数相同.在S'

系的『轴上也有一只同样的钟A',设S'系相对于S系的运动速度为u,沿x轴

方向，且当4'与A相遇时，刚好两钟的读数均为零.那么，当A'钟与B钟相遇

时，在S系中3钟的读数是；此时在S'系中A'钟的读数是

答案：AX/V2分；(AX/P)J1-(V/C)22分

难度：难

填空题：(1)在速度u=情况下粒子的动量等于非相对论动量的两倍.

(2)在速度口=情况下粒子的动能等于它的静止能量.

答案：v=y/3c/22分；v=V3C/22分

难度：易

填空题：设电子静止质量为将一个电子从静止加速到速率为0.6c(c为真空

中光速)，需作功.

答案：0.25"〃廿3分

难度：易

质子在加速器中被加速，当其动能为静止能量的3倍时，其质量为静止

质辘>

-_____倍.

答黑4

分

难距H3

填空题：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.

答案：43分

难度：易

填空题：观察者甲以0.8c的速度(c为真空中光速)相对于静止的观察者乙运动,

若甲携带一质量为1kg的物体，则

(1)甲测得此物体的总能量为;

(2)乙测得此物体的总能量为.

答案：9X1016J2分；1.5X10l7J3分

难度：易

填空题：某加速器将电子加速到能量E=2X1()6eV时，该电子的动能为=eV.

(电子的静止质量”=9.11X103ikg,1eV=1.60X10l9J)

答案：1.49X1063分

难度：易

填空题：狭义相对论中，一质点的质量加与速度u的关系式为

其动能的表达式为.

22

答案：_3=2分；E=me-moc2分

^-(v/c)2K

难度：易

填空题：观察者甲以gc的速度(c为真空中光速)相对于静止的观察者乙运动，

若甲携带一长度为/、截面积为S,质量为根的棒，这根棒安放在运动方向上，则

(1)甲测得此棒的密度为;

(2)乙测得此棒的密度为.

答案.%2分.-3分

,IS91S-

难度：中

填空题：已知一静止质量为恤的粒子，其固有寿命为实验室测量到的寿命的1/〃，

则此粒子的动能是.

2

答案：moc(n-1)3分

难度：中

填空题：匀质细棒静止时的质量为〃却，长度为/o，当它沿棒长方向作高速的匀速

直线运动时，测得它的长为/,那么，该棒的运动速度〃=，

该棒所具有的动能EK=____________.

答案：cji〃o)22分；〃，(/(午!)3分

难度：中

填空题：一电子以0.99c的速率运动(电子静止质量为9.1IX103ikg,则电子的总

能量是J,电子的经典力学的动能与相对论动能之比是.

答案：5.8X10132分；8.04X1023分

难度：中

填空题：当粒子的动能等于它的静止能量时，它的运动速度为

答案：-43c3分

2

难度：中

填空题：在惯性系中，两个光子火箭（以光速C运动的火箭）相向运动时，一个

火箭对另一个火箭的相对运动速率为.

答案：C3分

难度：易

填空题：在惯性系中，两个光子火箭（以光速c运动的火箭）相背运动时，一个

火箭对另一个火箭的相对运动速率为.

答案：c3分

难度：中

填空题：在惯性系中，两个光子火箭（以光速c运动的火箭）沿相互垂直的方向

运动时，一个火箭对另一个火箭的相对运动速率为.

答案：c3分

难度：易

填空题：一宇宙飞船以c/2（c为真空中的光速）的速率相对地面运动.从飞船中

以相对飞船为32的速率向前方发射一枚火箭.假设发射火箭不影响飞船原有速

率，则地面上的观察者测得火箭的速率为.

4

答案：—c3分

5

难度：易

填空题：地面上的观察者测得两艘宇宙飞船相对于地面以速度v=0.90c逆向飞

行.其中一艘飞船测得另一艘飞船速度的大小/=.

答案：0.99c3分

参考解：

根据相对论速度变换公式

'l-（MVjc2）

取“=0.90c,w=-0.90c有

0.90c+0.90c

u'=u'x=0.99c

1+(0.9)2

难度：中

三、计算题

计算题：半人马星座a星是距离太阳系最近的恒星，它距离地球S=4.3Xl（）i6m.设

有一宇宙飞船自地球飞到半人马星座a星，若宇宙飞船相对于地球的速度为v=

0.999c,按地球上的时钟计算要用多少年时间？如以飞船上的时钟计算，所需时

间又为多少年？

答案：

解：以地球上的时钟计算：皿=»。4.5年

2分

V

1一%-0.20年

以飞船上的时钟计算:△/'=及3分

难度：中

计算题：观察者A测得与他相对静止的。町平面上一个圆的面积是12cm2,另一

观察者8相对于A以0.8c(c为真空中光速)平行于。孙平面作匀速直线运动，B

测得这一图形为一椭圆，其面积是多少？

答案：

解：由于8相对于A以u=0.8。匀速运动,因此B观测此图形时与P平行方向上

的线度将收缩为2RJ1-(MC)2=2b,即是椭圆的短轴.3分

而与12垂直方向上的线度不变，仍为2R=2a,即是椭圆的长轴.所以测得的面积

为(椭圆形面积)

S=nab=成J1-⑴/.R=nR2a-(u/cf=7.2cm22分

难度：中

计算题：设有宇宙飞船A和以固有长度均为/o=100m,沿同一方向匀速飞行，

在飞船8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△/=(5/3)X

107s,求飞船8相对于飞船A的速度的大小.

答案：

解：设飞船A相对于飞船8的速度大小为"这也就是飞船8相对于飞船A的速

度大小.在飞船3上测得飞船A的长度为

l=l^\-(v/c)21分

故在飞船B上测得飞船A相对于飞船B的速度为

t>=1/垃=(I。/垃)田二67a2分

解得由=1。d==2.68x108m/s

Jl+(/0/cW)2

所以飞船3相对于飞船A的速度大小也为2.68义1()8m/s.2分

难度：中

计算题：一隧道长为L,宽为土高为人拱顶为半圆，如图.设想一列车以极高

的速度P沿隧道长度方向通过隧道，若从列车上观测，

(1)隧道的尺寸如何？

(2)设列车的长度为/()，它全部通过隧道的时间是多少？

题目图片：

答案：

解：(1)从列车上观察，隧道的长度缩短，其它尺寸均不变。1分

隧道长度为L'=1分

(2)从列车上观察，隧道以速度小经过列车，它经过列车全长所需时间为

1工+卜jgv/c)2j3分

VVV

这也即列车全部通过隧道的时间.

难度：中

计算题：假定在实验室中测得静止在实验室中的《子(不稳定的粒子)的寿命为2.2

X106m,而当它相对于实验室运动时实验室中测得它的寿命为1.63X106s.试问：

这两个测量结果符合相对论的什么结论？仁子相对于实验室的速度是真空中光速

c的多少倍？

答案：

解:'它符合相对论的时间膨胀(或运动时钟变慢)的结论2分

设了子相对于实验室的速度为v

仁子的固有寿命用=2.2X106s

「子相对实验室作匀速运动时的寿命的=1.63X105s

按时间膨胀公式：T=O/yjl~(V/c)2

移项整理得：t>=(c/=0.99c3分

难度：中

计算题：地球的半径约为Ro=6376km,它绕太阳的速率约为u=30km.si在太

阳参考系中测量地球的半径在哪个方向上缩短得最多？缩短了多少？(假设地球

相对于太阳系来说近似于惯性系)

答案：

解：在太阳参照系中测量地球的当至当太阳公转的方向缩短得最多.

R=R°[l_(u/c)22分

22

其缩短的尺寸为：AR=RO-R=凡(1—41—(Wc)2)^^Rav/c

△R=3.2cm3分

难度：中

计算题：在惯性系S中，有两事件发生于同一地点，且第二事件比第一事件晚发

生Af=2s；而在另一惯性系S'中，观测第二事件比第一事件晚发生M=3s.那么在

S'系中发生两事件的地点之间的距离是多少？

答案：

解：令S'系与S系的相对速度为"有

母'=/垃=，(A〃")2=1-(P/C)2

y]l-(v/c)2

81

则u=c-(l—S〃/)2)"2(=2.24X10m-s)4分

那么，在S'系中测得两事件之间距离为：

Ax'=〃At'=c(A产-AZ2)172=6.72X108m4分

难度：中

计算题：一艘宇宙飞船的船身固有长度为L°=90m,相对于地面以u=0.8c(c为真

空中光速)的匀速度在地面观测站的上空飞过.

(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？

(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？

答案：

解：(1)观测站测得飞船船身的长度为

2

L=L0yfl-(v/c)=54m

贝U=L/v=2.25X107s3分

(2)宇航员测得飞船船身的长度为Lo,则

At2=Lo/u=3.75X107s2分

难度：中

计算题：一体积为%,质量为慨的立方体沿其一棱的方向相对于观察者A以速度

运动.求：观察者A测得其密度是多少？

答案：

解：设立方体的长、宽、高分别以xo,yo,zo表示，观察者A测得立方体的长、宽、

_、

ro]分力”为x—-jl-,y,z=z0.

相应体积为V-xyz=VoJl-彳3分

难度：中

计算题：在。参考系中，有一个静止的正方形，其面积为100cm2.观测者O'

以0.8c的匀速度沿正方形的对角线运动.求。'所测得的该图形的面积.

答案：

解：令。系中测得正方形边长为a,沿对角线取x轴正方向(如图)，则边长在坐标

轴上投影的大小为

ar--y[2a,av--41a

2y2

面积可表示为：S=2aJv-a入x2分

在以速度P相对于。系沿X正方向运动的。'系中

4=4J1-⑴/c)2=0.6X；伍

在。'系中测得的图形为菱形，其面积亦可表示为

22

S'=2a；•a'x=0.6a=60cm3分

答案图片：

计算题：已知日子的静止能量为105.7MeV,平均寿命为2.2X108s.试求动能为

150MeV的日子的速度u是多少？平均寿命7是多少？

答案：

22

解：据相对论动能公式EK=me-m()c

211

得EK=moc(--1)即-l=-^-=1.419

2

Vl-(v/c)Jl—3/c)2m()c

解得0.91c3分

平均寿命为r=/%=5.31x10-852分

Jl-(y/c)2

难度：中

计算题:要使电子的速度从vi=1.2X1()8m/s增加到Vi=2.4X108m/s必须对它作多

少功？(电子静止质量加。=9.11X1031kg)

答案：

解：根据功能原理，要作的功W=\E

根据相对论能量公式2c2-m1C2

2分

22

根据相对论质量公式m2=m()/[I-(i?2/c)],

2l/2

m,=/M0/[l-(v,/c)]1分

21145

W=m()c(-r^=--r—)=4.72X10J=2.95X10eV2分

难度：中

计算题：一电子以u=0.99c(c为真空中光速)的速率运动.试求：

(1)电子的总能量是多少？

(2)电子的经典力学的动能与相对论动能之比是多少？(电子静止质量也，=9.11

X1031kg)

答案：

解：⑴E=mc?=m42小-(p/c)2=5.8X1013J2分

2l4

(、2),EK八nu2ev=4.01X10J

22213

EK-me-mec=[(1/Jl-(v/c)2)-l]mec=4.99X10J

2

EKO/EK=8.04X103分

难度：中

计算题：两个火箭相向运动，它们相对于静止观察者的速率都是3c/4(c为真空中

的光速).试求火箭甲相对火箭乙的速率.

答案：

解：设静止观察者为K系，火箭乙为K'系，火箭甲为运动物体，K'相对N系的

速度〃=-3c/4,火箭甲在K系中的速度以=+3c/4.根据狭义相对论的速度变换公

式，火箭甲相对于火箭乙(K'系)的速度为

两火箭的相对接近速率为0.96c

难度：中

计算题：火箭A以0.8c的速率相对地球向正北方向飞行，火箭8以0.6c的速率相

对地球向正西方向飞行(c为真空中光速).求在火箭8中观察火箭A的速度的大

小和方向.

答案：

解：选地球为K系，火箭8为K'系，正东方向为x和/轴的正向，正北方向为

＞和y'轴的正向.火箭A为运动物体.则K'对K系的速度〃=-0.6c,火箭A对

地的速度以=0,vy=0.8c,”=0.

根据狭义相对论的速度变换公式：

v-U

x0.6c3分

2

l-(uvx/c)

VJl-u2/c2

=0.64c3分

1-(MV；/C2)

“岫=£=0

2分

2

1-(uv\xIc)

在火箭B中测得火箭A的速度济的大小为

同|=JM)2+M)2+(一)2=0.877c1分

1与/轴之间的夹角为a-cos-1=46.83°i分

Ml

难度：中

计算题：设K'系相对惯性系K以速率〃沿x轴正向运动，K'系和K系的相应坐

标轴平行.如果从K'系中沿V轴正向发出一光信号，求在K系中观察到该光讯

号的传播速率和传播方向.

答案：

解：已知也=0,v'v=c,zX=O.

按狭义相对论的速度变换公式：

V+u

x二U分

1+(皿布)3

v\,^l-u2/c2

22

'="=Cy]l—U/c3分

v2

l+(uvx/c)

v'.yl]-u2/c2

v.=----------=02分

1+(«V*/C)

在K系中光讯号的速度大小_______________

v=Qu；+丁；+v\--yju2+C2(1-M2/C2)=c1分

光讯号传播方向与x轴的夹角

TU-1U

a=cos—=cos—1分

vc

难度：中

计算题：两只飞船相向运动，它们相对地面的速率都是。在A船中有一根米尺,

米尺顺着飞船的运动方向放置.问8船中的观察者测得该米尺的长度是多少？

答案：

解：设地球为K系，飞船8为K'系.飞船A中的尺则为运动物体.若〃=u为K'

系相对K系的速率，则vx=-v是尺相对地球的速率，尺在K'系中的速率为

,_vx-u_-v-v_-2v

U222

'\-(uvx/c)1+(///)1+(v/c)

这就是尺相对8船的速率，用如表示之.

—用於5分

则B中观察者测得A中米尺的长度是

‘。卜IT^W小3分

上式中令/o=1m可得米尺长度(以米为单位).

难度：中

计算题：一光源在K'系的原点发出一光线，此光线在Ny'平面内与/轴

的夹角为。.设K'系与K系相应的坐标轴互相平行，K'系相对K系以速度〃

沿龙轴正向运动.试求此光线在K系中的传播方向.

答案：

/

解：由题意，v'x=ccosO',v'y=csin^,

根据相对论速度变换公式

v'+uCCOS夕+wc八

v.=-----1------—=---------------------3分

A22

1+(uv'xlc)1+(MCCOS^7C)

v\,yj\-u2/c~csin-Jl-♦/c?

v=—；---------------=-----------------------3分

f2r2

'1+(uvx/c)1+(wccos^/c)

光线与光轴的夹角是

八ucsin-J1,

0=arctg—=arctg------------------2分

vxccosO+w

难度：中

计算题：在惯性系中，有两个静止质量都是砌的粒子A和8,它们以相同的速率

相向运动，碰撞后合成为一个粒子，求这个粒子的静止质量M).

答案：

解：设粒子A的速度为以，粒子B的速度为%,合成粒子的运动速度为由动

量守恒得

mQuAmavBM0V

/Iyjl-vllc2Vl-V2/c2

因以=%=%，旦巩=-%，所以V=0.2分

即合成粒子是静止的.由能量守恒得

22

yll-v21c2y/l-v2!C1°

难度：中

计算题：在什么速度下粒子的相对论动量是经典动量的二倍；在什么速度下粒子

的动能等于其静止能量？

答案：

解：按题意，mv=2m0v

/叫)u

=2mv

Vl-f2/c2Q

即71-v2/c2=0.5,l-i//。2=0.25

v2=0.75c2,v=0.886c3分

22222

动能£卜=me-moc=moc,B[Jme=2moc,

mc2

n=2mc2

-Jl-v2/c2o

同上可得p=0.886c2分

难度：中

计算题：在实验室中测得电子的速度是0.8c,c为真空中的光速.假设一观察者相

对实验室以0.6c的速率运动，其方向与电子运动方向相同，试求该观察者测出的

电子的动能和动量是多少？（电子的静止质量机g=9.11X10-31kg）

答案：

解：设实验室为K系，观察者在K'系中，电子为运动物体.则K'对K系的速

度为〃=0.6c,电子对K系速度为以=0.8c.电子对K'系的速度

v[=—“匚=0.385c3分

2

1-(MVV/C)

观察者测得电子动能为

E=mc2(,1—1)=6.85x1OFj

K()3分

mvx——=1.14X1022kg•m/s

动量p=mvx2分

难度：中

计算题:两个质点A和静止质量均为〃加.质点A静止，质点B的动能为6〃川c2.设

A、8两质点相撞并结合成为一个复合质点.求复合质点的静止质量.

答案：

解：设复合质点静止质量为M”运动时质量为M.由能量守恒定律可得

222

Me=moc+me2分

其中机c2为相撞前质点B的能量.

2222

me=fnoc+6moc=7moc

故M=8叫2分

设质点B的动量为以，复合质点的动量为p.由动量守恒定律

P=PB2分

利用动量与能量关系，对于质点B可得

pjc2+-m2c4-4qm^c42分

对于复合质点可得P2c2+M^c4=M2c42分

由此可求得=64/叫;-48〃?；=16/叫；

叫）=4相02分

难度：难

计算题：设有一个静止质量为㈣的质点，以接近光速的速率u与一质量为M）的

静止质点发生碰撞结合成一个复合质点.求复合质点的速率Vf.

答案：

解：设结合后复合质点的质量列匕〃据动量守恒和能量守恒定律可得

1

m°uTl-炉/c=M'vf3分

22221

M'c=Moc+moc/yll-vIc3分

由上面二个方程解得

22

vf=mi}v/（m0+M0\l-v/c）2分

难度：较难

计算题：一发射台向东西两侧距离均为L。的两个接收站E与W发射讯号.今有一

飞机以匀速度P沿发射台与两接收站的连线由西向东飞行，试问在飞机上测得两

接收站接收到发射台同一讯号的时间间隔是多少？

题目图片：

答案：

解：在地面参照系：两接收站同时收到讯号

t\V=tE

两站位置XE-XW+2LO2分

在飞机参照系：,,2分

Jl-3/C)2

，^t-vx/c2

tEE2分

k-①/cf

.f.t.t△，+(f/)(X/—Xw)

垃=%—E=-------/,-----

[1-9/c¥