中学阶段如何处理非惯性系问题

中学阶段，用牛顿第二定律解题，选择的参照系往往是静止或匀速直线运动的平动系，比较多的选择地球为惯性参考系．但是有时物体相对于地面的运动是复杂的，甚至无法直接布列方程，这时可作如下处理：     

特鲁顿-诺伯实验的解释

在相对论建立之前,物理学家们相信麦克斯韦电磁理论仅对于某一个参考系才成立,这个优越的参考系可以看成是绝对静止的参考系,简称为绝对参考系。任何物体相对于绝对参考系的速度叫做绝对速度。十九世纪后半叶起寻找绝对参考系成为物理学家所热衷的课题。1902年特鲁顿(Trouton)设想了一个电磁学实验,用来检测地球运动的绝对速度,他的依据可简述如下。考虑地球上两个静止的点电荷,如果地球为绝对参考系,则它们之间的相互作用力为库仑力,作用力的方向沿它们的联线,作用力对于这对电荷的系统不产生力矩,因而电荷系统不会转动。如果地球相对于绝…     

浅探参考系对动能的影响

重力势能因选择不同的零势能面不同,但重力势能的改变量与零势能面的选择无关.运动物体的动能也有类似的特性,因选择不同的参考系会对动能产生影响.1参考系对动能的影响 物体的运动具有相对性,同一物体选择不同的参考系,会使物体的速度发生改变,     

巧用加速度合成解一道竞赛题

研究物体的运动需要建立参考系.牛顿运动定律在其中有效的参考系叫做惯性参考系.如果已知S是一个惯性参考系,则任何对于S做匀速直线运动的参考系S′都是性参考系.判定一个给定的参考系是不是惯性参考系,取决于人们能以多大的精度去观测出这个参考系的微小的加速度效应.     

动能定理在活动物体和固定物体的应用

学生对在运动的参考系中应用动能解题时,总感觉没有把握,不知如何下手,因而常常解错. 如何让学生解决活动坐标系上出现的问题呢? 首先应使学生明白,物体的速度是相对参考系而言的,参考系选取不同,物体的相对速度不同,具有的动能也不同.     

对《理论力学教程》中一个问题的再讨论

关于"一张错误的插图"问题,文献[1-3]对经典教材《理论力学教程》中描述刚体平面平行运动的公式(3.7.3)的理解有误.教材中公式(3.7.3)是刚体上任一点的速度在动坐标系中的分量形式.由于对坐标系与参考系概念的区分不清楚,参考文献[1-3]的作者以及部分学生和教师认为动坐标系是在转动参考系中建立的.本文作者认为研究刚体平面平行运动的3.7节没有选择转动参考系;为了研究的方便,以地面为参考系中建立了两个坐标系来描述刚体的平面平行运动.     

简解“相互滑动”习题

对一个物体运动，另一个物体在其上相对滑动的“相互滑动”类力学难题，在运动参考系中利用相适应的规律求解，显得异常简捷，下面举例分析说明。     

力学教学中容易忽视的一个问题

在力学教学中,老师都会强调牛顿力学适用的范围是惯性参考系,而力学相对性原理也指出:对不同的惯性参考系,一切力学定律都具有完全相同的表达形式,也就是说在所有惯性系中,牛顿力学定律都是等价的,由于总是强调牛顿定律适用于惯性参考系,这样容易给学生一个误解就是只要任意选择一个惯性参考系都能来求解力学问题,实际上在任意的惯性参考系中力学定律是具有完全相同的表达形式,有些力学量是与惯性参考系的选取无关,而有些力学量是与惯性参考系的选取有关的,因此在求解实际问题时就要先知道哪些物理量与惯性参考系的选择无关,这样的物理量在求解时就可改变参考系,选择一个容易求的惯性系来求解;而与惯性参考系选取有关的物理量,在实际问题中求解时先要弄清楚到底要求的是相对哪个惯性参考系的,在求解过程中不能随意更换参考系,这是一个容易被忽视的问题,如果这一点不讲清楚学生在解题时就会很盲目.     

惯性参考系与非惯性参照系中质点运动轨迹显现的比较性研究

本文就惯性参考系与非惯性参考系中观察物体运动,制作专门的仪器,使运动物体的轨迹显现出来,通过不同参照系中的视频录像、截图,根据轨迹图像进行分析研究,得到其结论。     

高空中物体重力问题的分析

在赤道上空,随地球自转的高空物体和绕地球运转的卫星到达高空的同一位置时,由于物体所在的参考系并不相同,物体尽管处于同一高度,但物体受到的重力并不相等,这是由于物体的重力除了与高度有关外,还与物体是否随地球自转有关.     

关于恢复系数实验测量的原理

把地球当作一个碰撞球,并以地球为参考系,有关著作中已经说明了在地球上测量恢复系数的原理。在这原理中要求地球是惯性系,并且要求地球的质量比参与碰撞的另一球的质量大得多。但是,这两个要求是在不适当的时候提出的;本文说明这两个要求在测量原理中究竟起什么作用。本文并且指出恢复系数的表示式对参考系的要求可以从惯性系降低为相对惯性系作平动的任意参考系。 一、碰撞的恢复系数可以利用两个球的碰撞表示为式中u1n、u2n分别表示碰撞开始时两球的速度。u1、u2(以下简称初速度)在两球公法线方向的投影。以n表示碰撞时两球公法线方向的…     

“双转动”物体加速度的求解方法

所谓"双转动"物体是指相对于转动参考系仍然做转动的物体.关于牵连加速求解的问题,在高中物理竞赛中常有涉及,但是对于相对转动参考系转动的物体加速度求解,学生容易犯的最大错误,就是混淆加速度的牵连关系和参考系的转换关系,于是在不同参考系中迷失了解决问题的方向.笔者从一     

电磁场变换的物理缘由

电场和磁场是同一种物质──电磁场的两个方面,在给定参考系中电场和磁场各表现出一定的性质,但是当参考系变换时,它们可以相互转化.当S'系相对S系以速度V沿x方向运动时(如图一),空间某点某时刻的电磁场量在这两个参考系中的变换关系是 E'x=Ex E'y=γ(Ev-VBz) K'z=γ(Ez VBy) B'x=Bx式中 由交换式可知,当一参考系中只有电场时在另一参考系中就可能既有电场也有磁场,例如若S系中只有平行于y方向的均匀电场(如图二 a),则在以系中除有平行于y’方向的均匀电场外,还有平行于一。’方向的均匀磁场(如图二b);同样,当一参考系中只有磁场时,…     

物体在地球隧道中的运动

本文描述了地球重力在地球内部和外部的分布,分析了物体在地球内部隧道中的运动,证明了物体在地球隧道内部受到的万有引力与简谐振动质点所受回复力遵循的规律相同。通过简谐振动的性质计算出物体在地球隧道(过地心的直径)中的运动周期约为84min、运动最大速度约为7.9km/s等。本文进一步推导了连接地球表面的任意两点的通过地球内部的一条弦线中的物体的运动,得出其周期与过地心的地球直径隧道周期相同。更重要的是:本文分析比较了地球为匀质球体的理想情况和真实质量分布情况下物体在隧道内的运动情况的差异,使用Matlab对两个模型下物体的运动进行模拟,并得出结论:在真实地球模型下物体运动得更快,到达地球另一端的时间更短。     

质点相对于地球的运动方程

我们通常认为大阳是一个极好的惯性参考系,由于地球既自转又绕太阳公转,所以在一般情况下,地球是一个非惯性参考系. 质点相对于惯性系(太阳)的绝对加速度a为[1]其中μr和αr各为质点相对于地球的速度和加速度,r为质点相对于地心的位移矢量,ω为地球自转角速度,a0为地球相对于太阳的公转加速度. 现将质点相对于地球的运动也写成牛顿第二定律的形式如下:上式中的ma项即为质点m受到所有物体对它的作用力的合力F,又由于地球自转角速度ω随时间变化极小,可视为常数,也就是说有　=0,于是(2)式可化成上式中的mω×(ωxr)和2mω×υr即为我们所称的…     

选运动参照系简捷解题

运动学中讨论两个运动物体相对位置的题目,如追赶、相遇等,已知的初速、加速度是相对地面给出的,要求学生解题也选地面作参照系.运动学中参照系的选择可以是任意的,也可选A、B两个运动物体中的一个作参照系,如选A.选地面参照系,要研究两个运动,即每一个物体相对地面的运动,由它们相对地面的位置,进而讨论它们的相对位置.选A运动参照系,只要研究一个运动,即B相对A的运动,并能直接讨论它们的相对位置.因此,选运动参照系使解题简明、快捷.     

对一个非惯性系力学问题的探讨

众所周知，牛顿运动定律仅适用于惯性系，它在非惯性系中不适用．在非惯性系中，可引入与加速运动参考系相联系的力，从形式上满足牛顿第二定律公式，这样引入的力叫惯性力．“欲全面分析被研究物体所受的力，必须同时分析参照物所受的力，     

巧选参考系 妙解物理题

中学阶段均在惯性参考系中研究问题,通常选大地或相对大地静止的物体为参考系,但有时问题计算量较大或较难求解,似乎“山穷水尽”;而巧妙地变换一下参考系,将“柳暗花明”,问题一下子简洁明了．     

邮票上的物理学史(30)--对地球重力场的研究

19世纪中叶到下叶,物理学家对地球的重力场进行了更细致的研究.主要有以下几件工作:1) 法国物理学家科里奥利于1835年给出了在转动参考系中运动的物体受到的惯性力,即科里奥利力的表示式;2) 法国物理学家傅科于1851年用傅科摆实验验证了地球重力场中科里奥利力的存在,即直接用实验验证了地球的自转;3) 匈牙利物理学家厄特沃什对地球重力场的研究,导致厄特沃什扭秤的发展,证明了惯性质量与引力质量相差不超过10-9.就笔者所知,没有发行过与科里奥利有关的邮票,但是傅科和厄特沃什都有邮票.     

狭义相对论教学中的几个问题

本文讨论了相对论教学中几个方面的问题,包括常见例子的问题,洛伦兹变换的方便形式,同时相对性例子在另一参考系的讨论,长度测量在另一参考系看到的现象,时间延缓及运动参考系各点时间不同和光的多普勒效应的简单推导.通过不同过程在不同参考系中的讨论,掌握在运动系讨论问题的方法,以及同一过程在不同惯性系内的不同表现,而所有现象的测量结论在洛伦兹变换下保持不变.