參考系

崔亮海，李文秀山東省北鎮中學

參考系

崔亮海，李文秀
山東省北鎮中學

參考系的選擇應遵循以下兩個原則,實際問題中的參考系的選取。

參考系；任意性；簡單方便

參考系是參照物與坐標系的總稱。有時簡單地就把參照物稱參考系。說明：（1）如果相對某一個參考系測定物體的運動，當該物體不受外力或所受合外力為零時，它嚴格地保持靜止或勻速直線運動，則此參考系稱為慣性參考系。也就是說牛頓第一運動定律成立的參考系稱為慣性參考系，簡稱慣性系；牛頓第一定律不成立的參考系稱為非慣性參考系，簡稱非慣性系。相對于一個慣性參考系是靜止或勻速（直線）運動的參考系也是慣性系。

參考系是為了研究物體的運動，選來作為標準的另一物體叫做參考系。自然界中所有的物體都處于永恒的運動中，絕對靜止的物體是不存在的，為描述某一物體的位置及其隨時間的變化，總是相對于其他物體而言的，研究物體運動時選來作為標準的另一物體是被假定為不動的。例如我們生活在地球上，地球上的所有的物體，都隨地球轉動，為研究地球上某一物體的運動，一般假定地球不動，研究其相對地球的位置及變化。參考系的選取原則上是任意的，但我們希望選擇參考系后，能使被研究的問題變得簡單。這就給我們提出一個問題，怎樣選擇參考系。

一.參考系的選擇應遵循以下兩個原則

1.任意性的原則

要研究教室里的講桌怎樣運動，我們選擇誰為參考系哪？可以選擇教室里的黑板，課桌，墻壁，窗子，地面，轉動的電扇，走動的同學，也可以選擇教室外的操場，小樹，房子，馬路上行駛的汽車，打球的同學，等等都行。也就是說參考系的選取是任意的。

2.簡單方便的原則

通過以上分析我們發現，選黑板，課桌，墻壁，窗子，地面，操場，樹，房子（這些相對地靜止的物體）為參考系，講桌是靜止的。選轉動的電扇為參考系，講桌是反向轉動的。選走動的同學，馬路上行駛的汽車，打球的同學為參考系，講桌是作復雜的運動的。我們應選擇誰做參考系哪？我們希望研究的問題簡單化，就以這些相對地靜止的物體為參考系,以這些相對地靜止的物體為參考系，統統認為是以地面為參考系。我們把物體相對地球的運動方向簡稱運動方向；把相對另外物體的運動方向叫相對運動方向。因此，雖然理論上參考系的選取是任意的，但實際中參考系的選取還應遵循簡單方便的原則。

二.實際問題中的參考系的選取

問題1：參考系必須選擇靜止不動的物體嗎？

不一定。例如甲乙兩位同學比賽跑步，選什么為參考系哪？可以選其中的一位同學為參考系，也可以選地面為參考系，以上兩者為參考系，都可以比較運動的快慢。因此，取作參考系的物體不一定是靜止不動的。

問題2：任何物體任何情況下都可以被選作參考系嗎？

不是。例如甲、乙、丙三位同學比賽跑步，選誰為參考系哪？還可以選其中的一位同學為參考系嗎？理論上雖然可以，但比較另外兩人的運動是會較復雜，此時最好以地面為參考系，這樣可以使問題簡化，遵循簡單方便原則。

問題3：已知某一物體的運動，怎樣判斷相對運動的情況那？

可用相對運動可用公式v甲相對乙=v甲-v乙例如甲以4m/s的速度向西運動，乙以3m/s的速度向西運動，（不加特別說明的運動是以地面為參考系）甲相對乙怎樣運動？乙相對甲怎樣運動？求解甲相對乙怎樣運動，把乙取為參考系，v相對=v甲-v乙=1m/s甲相對乙還向西但速度是1m/s。求解乙相對甲怎樣運動，把甲取作參考系，v相對=v乙-v甲=-1m/s，乙相對甲速度大小還是1m/s，只是方向向東了。

問題4：已知相對運動怎樣求某一物體的運動那？

例如甲、乙、丙三人各乘一架直升飛機，甲看到樓房勻速上升、乙看到甲機勻速上升，丙看到乙機勻速下降，甲看到丙機勻速上升，則甲、乙、丙相對于地面的運動可能是[]。

A.甲、乙勻速下降，v乙＞v甲，丙機停在空中

B.甲、乙勻速下降，v乙＞v甲，丙機勻速上升

C.甲、乙勻速下降，v乙＞v甲，丙機勻速下降，v丙＜v甲

D.甲、乙勻速下降，v乙＞v甲，丙機勻速下降，v丙＞v甲

解析：應先以已知相對地運動的物體為研究對象逐個分析，此來題目較麻煩。此題已知甲的運動是勻速下降的，乙看到甲勻速上升，乙以比甲大的速度在勻速下降。甲看到丙機勻速上升，說明丙可能以比甲小的速度在勻速下降，也可能靜止，還可能勻速上升。故ABC是正確的。

問題5：所有問題是不是選地面為參考系最簡單？

不是。例如一船逆水而上，船上某人有一件物品掉入水中。一小時后發現，船速不變掉頭去追，再經過多長時間才能追上所掉的東西。此題以水為參考系使很簡單，一小時后追上所掉的東西，而以地面為參考系就復雜了。

綜上所述，參考系的選取理論上是任意的，但實際情況中應針對具體情況根據簡單方便原則來選取。

[1]參考系曾作參照系,據“全國自然科學名詞審定委員會”1988年公布的《物理學名詞（基礎物理學部分）》

[2]人教版《高級中學課本》（必修）第一冊