2019-2020年高三物理 第二十三章 相對論簡介 四、慣性力、慣性質量和引力質量(備課資料).doc

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●備課資料 2019-2020年高三物理 第二十三章 相對論簡介 四、慣性力、慣性質量和引力質量(備課資料) 牛頓力學是建立在絕對時空觀基礎之上的理論體系.如果說絕對時空觀是錯誤的，牛頓力學就不可能成立.但是，牛頓力學雖然未能成功地解釋水星近日點每百年43.03″的運動值和高速電子質量增加效應等幾個物理現象，總的來講，它在宏觀物理學的各方面所取得的成就就是極其廣泛和輝煌的.相對論的創(chuàng)始人對牛頓力學的態(tài)度是前后矛盾和含混其詞的.在某種場合下對牛頓力學采取全盤否定的態(tài)度，在另一種場合下又承認牛頓力學是相對論的低速近似. 愛因斯坦認為：“一個物理學家在一個沒有窗子的房間內工作，另外有一個人開玩笑把整個房子旋轉起來，于是，這位物理學家將不得不放棄慣性定律.如果這位物理學家在進入房間以前就對物理學的概念已有堅定的信念，那么他就能解釋力學定律之所以被推翻，是因為房子轉動，用力學實驗甚至可以決定它是怎樣轉動的.” 愛因斯坦希望通過這個例子說明牛頓力學只能在慣性系內適用，因為一旦房子轉動起來，變成非慣性系，牛頓力學的定律就失效了，或者說是被推翻了. 有的學者認為，牛頓力學只適用于慣性系內的說法是不能成立的.因為： （1）牛頓第一定律（慣性定律）規(guī)定：不受外力作用的物體，做等速直線運動.這個等速直線運動指的是物體的絕對運動.既然所有不受外力作用的物體都相對于絕對坐標系做等速直線運動，彼此之間的相對運動當然也是等速直線運動.因而相對于慣性坐標系做等速直線運動的物體當然也是慣性的，即相對于絕對坐標系也是等速直線運動. （2）牛頓第二定律可以用一個數學公式F=ma來表達，式中a代表絕對加速度，牛頓第二定律在慣性系內應用時，也可以選用相當于該坐標系的加速度，是因為在這種情況下，相對加速度就等于絕對加速度.牛頓第二定律在非慣性系內不能簡單地采用相對于該坐標系的加速度，是因為坐標系本身具有牽連加速度，相對加速度不等于絕對加速度. 牛頓第二定律在非慣性系內不能用簡單的數學公式F=ma來表達，是符合了牛頓力學而不是推翻了牛頓力學.反之，如果在非慣性系內也存在簡單的數學關系，那倒是牛頓力學被推翻了. 在非慣性系內考慮坐標自身的牽連加速度和柯氏加速度，是有充分理論依據的，并不是一種拼湊.慣性力是達朗培爾原理引入的概念，目的是在于把-ma稱作慣性力.其實這只是一種模擬性提法，目的是在于把牛頓第二定律所研究的動力學問題改用靜力學的語言來表達.在物理學中這種模擬的辦法是常會碰到的.例如流體力學中場流可以根據數學方程的相似性用靜電場來模擬，但這絕不等于說流場和靜電場是一回事.慣性力并不是牛頓力學的必要組成部分.不用慣性力這個概念，不會影響到牛頓力學的完整性.愛因斯坦根據慣性力是虛擬的這個理由，把牛頓力學說成是在非慣性系內似乎采用了拼湊的辦法，這個指責是不公正的.