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在中学阶段我们所接触到的定理、定律都是适用于惯性系的。如果另有一个参考系相对于原来的惯性系做变速直线运动,这些定理、定律就不再适用了。那么,在中学阶段出现此类问题应作如何处理呢?当然我们选择惯性系也可以使问题得到解决,但是有的题目应用惯性系来解决却比较复杂、繁琐,而在选择非惯性系,引入惯性力之后,问题就得到简化,因此具有化难为易、删繁就简之功效。
我们知道,惯性系是牛顿运动定律成立的参考系,即地球上一切静止的物体,可以看做惯性系,相对于惯性系做匀速直线运动的物体,也可以当做惯性系,而相对于惯性系做加速运动的参考系称做非惯性系。在非惯性系中,牛顿运动定律是不适用的,也就是说在非惯性系中物体的运动和力的关系是不能用牛顿第二定律表述的。为此,我们引入了惯性力,才解决了牛顿运动定律在非惯性系中的表述问题。那么,在应用非惯性系处理问题时应注意什么呢?
第一,惯性力不是物体实际受到的力,它没有施力物体,也没有反作用力。但在选择了非惯性系之后,分析物体受力时,必须加上这个反映参考系加速运动效应的惯性力,这个力的大小为F1=ma(m为研究对象的质量,a为非惯性力相对于惯性系的加速度),方向与a反向。
第二,研究对象受到的外力(实际受到的力),不随参考系选择的变化而变化,即物体的受力分析与惯性系中相同。
第三,注意运动速度的变化关系。由于我们要在非惯性系中处理问题,而功和位移、动量和速度都与参考系的选择有关,所以我们必须把惯性系中的位移、速度都要变换到非惯性系中去。
第四,在两个参考系中,时间概念的绝对性是一致的,即某物理过程在两个参考系中具有等时性。
下面就选用不同参考系(惯性系和非惯性系)处理某些问题的便捷性举几例加以说明。
例1:如图(1)甲,在以a加速上升的电梯地板上放一质量为m的物体,求电梯地板对该物体的支持力。
解:取以。加速上升的电梯为参考系,质量为m的物体为研究对象。物体除受重力G和地板对其施加的支持力N这两个实际的外力之外,还要
虽然非惯性系在中学阶段属于了解内容,不要求学生在非惯性系中用惯性力处理问题,但目前有学生求解例(2)、例(3),笔者便随以解之。通过比较发现,以上两题若选择惯性系求解反而复杂了许多。若选用非惯性系来处理却很简便,其明确特点有
1.用非惯性系处理动力学问题,可将动力学问题简化为静力学问题。
2.选择非惯性系时,可使选取的研究对象数目减少,也省略了两个运动物体相对于惯性系的位移差求解过程。
3.可以拓宽学生思路,活化知识,对训练学生思维的灵活性以及培养和提高学生的思维能力、分析解决问题的能力确有帮助。
我们知道,惯性系是牛顿运动定律成立的参考系,即地球上一切静止的物体,可以看做惯性系,相对于惯性系做匀速直线运动的物体,也可以当做惯性系,而相对于惯性系做加速运动的参考系称做非惯性系。在非惯性系中,牛顿运动定律是不适用的,也就是说在非惯性系中物体的运动和力的关系是不能用牛顿第二定律表述的。为此,我们引入了惯性力,才解决了牛顿运动定律在非惯性系中的表述问题。那么,在应用非惯性系处理问题时应注意什么呢?
第一,惯性力不是物体实际受到的力,它没有施力物体,也没有反作用力。但在选择了非惯性系之后,分析物体受力时,必须加上这个反映参考系加速运动效应的惯性力,这个力的大小为F1=ma(m为研究对象的质量,a为非惯性力相对于惯性系的加速度),方向与a反向。
第二,研究对象受到的外力(实际受到的力),不随参考系选择的变化而变化,即物体的受力分析与惯性系中相同。
第三,注意运动速度的变化关系。由于我们要在非惯性系中处理问题,而功和位移、动量和速度都与参考系的选择有关,所以我们必须把惯性系中的位移、速度都要变换到非惯性系中去。
第四,在两个参考系中,时间概念的绝对性是一致的,即某物理过程在两个参考系中具有等时性。
下面就选用不同参考系(惯性系和非惯性系)处理某些问题的便捷性举几例加以说明。
例1:如图(1)甲,在以a加速上升的电梯地板上放一质量为m的物体,求电梯地板对该物体的支持力。
解:取以。加速上升的电梯为参考系,质量为m的物体为研究对象。物体除受重力G和地板对其施加的支持力N这两个实际的外力之外,还要
虽然非惯性系在中学阶段属于了解内容,不要求学生在非惯性系中用惯性力处理问题,但目前有学生求解例(2)、例(3),笔者便随以解之。通过比较发现,以上两题若选择惯性系求解反而复杂了许多。若选用非惯性系来处理却很简便,其明确特点有
1.用非惯性系处理动力学问题,可将动力学问题简化为静力学问题。
2.选择非惯性系时,可使选取的研究对象数目减少,也省略了两个运动物体相对于惯性系的位移差求解过程。
3.可以拓宽学生思路,活化知识,对训练学生思维的灵活性以及培养和提高学生的思维能力、分析解决问题的能力确有帮助。