參考系選擇的妙用

摘 要: 在物理教學中，很多相對運動類題目，如果能夠巧妙地選擇參考系，就會“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。

關鍵詞: 物理 相對運動 參考系

物理是一門技巧性很強的科目，對學生的思維訓練有很大的幫助。進入高中，運動類題目一直是學生最苦悶，也是最難解決的一類問題，尤其是相對運動問題。它難以想象，因此很難找到恰當的突破口。由于學生很難根據題目的描述，去創設物理情景，無論教師怎樣努力地進行講解，都不能使得學生很快明白。根據幾年的教學實踐，我發現很多相對運動類題目，如果能夠巧妙地選擇參考系，就會“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。

例如:一列長150m的列車，以20m/s的速度在平直的軌道上勻速前進，在與軌道平行的公路上有一列長170m以4m/s的速度行進的隊伍，火車完全超過行進隊伍需要多少秒?

對于這類題目該如何讓學生輕松解決呢?如果能夠選擇部隊或火車為參考系就能起到立竿見影的效果。如圖:

選擇隊伍為參考系，火車相對隊伍的速度為v==16m/s，行進的位移為s=170m+150m=320m，即:t=s/v=320m/16m/s=20s。

通過以上例題，我們不難發現選擇合適的參考系，會使得題目變的不再撲朔迷離，變得簡單易懂了，容易被學生理解和接受了。學生不再為相遇、追及和碰撞類題目而發愁了。

但是有人會提出，這個題目不含加速度，一般方法也不是多難理解，過程也不是多么復雜，所以會覺得選擇參考系對題目難易程度沒多大的影響，如果有加速度怎么辦?我覺得我們可以這樣來解決問題:

我們可將以上情況分為四種情況，即:

如果選擇甲為參考系，則乙相對于甲的運動情況為:

如果選擇甲為參考系，則乙相對于甲的運動情況為:

如果選擇甲為參考系，則乙相對于甲的運動情況為:

如果選擇甲為參考系，則乙相對于甲的運動情況為:

比如:

利用一般方法做起來難度很大，如果選擇車為參考系:

分析:套用以上方法。

人相對于車做初速度為6m/s，加速度為1m/s的勻減速運動，設人追上車用時為t，則:

所以，人追不上車。

因為人相對于車做勻減速運動，距離一直再縮短，當人相對車速度為零時距離最小s。

還比如:

甲車在前以15m/s的速度勻速行駛，乙車在后以9m/s的速度行駛。當兩車相距32m時，甲車開始剎車，加速度大小為1m/s。問甲車停止前被追上，還是停止后被追上?

如果選擇甲為參考系:

則乙相對于甲的速度為v=6m/s，乙相對于甲的加速度為a=1m/s，如圖:

設經時間t追上。依題意:

S=v-at

-32=6t-1×t得:t=16s，t=-4s(舍去)。

甲車剎車的時間:t′=v/a=15s。

顯然，甲車停止后乙才追上甲。

再比如:

長L=75cm，質量m=2kg的平底玻璃管底部有一玻璃小球，玻璃管從靜止開始受一豎直向下的恒力F=12N的作用，使玻璃管豎直向下運動，經一段時間t，小球離開管口。(空氣阻力不計，g取和離開10m/s)求時間t。

如果，選擇玻璃管為參考系，小球相對于玻璃管做初速度為零的勻加速直線運動，加速度a=F/m=6m/s。即:L=at，得:t=0.5s。

事實證明，不僅對同一直線的情況成立，而且對于不在同一直線上的情況也同樣是成立的。

綜上所述，我認為恰當選擇參考系，會使得問題簡單化、清晰化。尤其是相遇、追及和相碰問題。在物理的教學中，我們不斷地總結，會發現物理的教學不再那么難，而且經過思維的訓練，學生會不斷地提高物理學習的興趣。