摘要：在我們高中所學習的物理知識當中，牛頓運動定律作為物理例題中較為常見的考察對象，其涉及的關鍵知識點就是對運動參考系的選擇，一般情況下為慣性系，當然也存在非慣性系的情況。本文通過對慣性系與非慣性系之間的介紹，闡述了平動非慣性系的定義，對平動非慣性系的特征進行了分析，研究了高中物理力學解題過程對平動非慣性系的具體應用，希望能夠給更多的同學提供可靠的參考意見，提高廣大高中生的物理解題能力。

關鍵詞：高中物理 力學 解題過程 平動非慣性系 應用

物理這門課程是我們在高中階段中難度較高的一門學科。由于物理在實際生活中的應用非常廣泛，因此，對于物理的學習多以生活中的實際案例分析為主，其中就包括我們最為熟悉的牛頓三大定律。由于牛頓三大定律的應用較為廣泛，且題目類型眾多，因此，在實際解題中所使用的方法也存在多樣性的特點，具體選擇何種解題方法要根據(jù)實際情況確定。

一、慣性系與非慣性系的認識

在我們所學的物理學知識點中，牛頓運動定律所適用的參考系常常被稱為慣性參考系，相反牛頓運動定律所不適用的，就是非慣性參考系。由于在物體運動過程中選擇的參照物不同，觀察到的物體的運動狀態(tài)也就存在一定的差異。所謂慣性系，就是相對于地面做勻速運動，或者是處于靜止狀態(tài)的參考系。而非慣性參考系，就是相對于地面做變速運動的參考系，這是兩者之間的明顯區(qū)別。

二、在物理力學中平動非慣性系的定義和基本特征

（一）平動非慣性系的定義

平動非慣性系的定義指在相對于慣性系的條件下，系統(tǒng)主要以一定的加速度運動，我們所認識的該參考系即為平動非慣性系。比如說我們在物理習題中經(jīng)常會遇到沿著光滑斜面進行下滑的物體，就是平動非慣性系。

（二）平動非慣性系的力學特征分析

例如，根據(jù)圖1所示，當我們觀察到在路面上的汽車，它在以加速度a0向前行駛做加速運動的時候，在表面光滑的水平面對處于慣性系中的小球m來進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)該小球m始終處于靜止的狀態(tài)。然而，對處于非慣性系中的小球m進行觀察時卻發(fā)現(xiàn)，小球m是向后做加速運動的狀態(tài)，在水平方向上，小球m并未受到來自外界的任何作用力[1]。這種情況就是以上我們所提到的非慣性系，此時牛頓運動定律已經(jīng)不再適用。那么，想要使牛頓運動定律適用于非慣性系，我們必須要加一些人為的力來對其進行輔助證明。

現(xiàn)在加了一個虛擬的慣性力，將該力設定為f。假設在非慣性系當中相對慣性系來說存在一個平均加速度為a，而且在非慣性系中，所有物體都會受到來自同一個力的作用，其大小為，根據(jù)加速度的合成公式，可以得到：a= a+a0。對于慣性系，牛頓運動定律是適用的，因此：F=ma成立，其中，作用力F是作用在質(zhì)點上的所有外力之和，m為該質(zhì)點自身所具備的質(zhì)量。對于非慣性系當中，引入了虛擬的慣性力f，使牛頓運動定律適用，可以得出：F+f=ma，由此可以推斷出：f=ma-f=ma-ma，結合a=a+a0可以得出：f=m（a-a）=ma0。

三、高中物理力學解題過程中平動非慣性系的具體應用

對于平動非慣性系的認識如上述所示，以下結合例題認識一下平動非慣性系在高中物理力學解題過程中的具體應用：

（一）例題1：

假設，在一輛正在進行勻速行駛的小車內(nèi)，貨架的高度為H，當該車輛突然做加速度為a的勻加速運動，小球的落地具體地點并沒有在貨架的正下方，求小球落地點到貨架下方的具體距離長度為多少。

這是我們在學習高中物理當中，最為常見的一道類型題。對于這道題來說，它的解題方法不止一種，不僅可以在慣性系中解答，還可以在非慣性系中進行解答，但是兩者得出來的答案肯定是一致的[2]。

第一種解題思路（慣性系中）：

在慣性系中進行解題的時候，符合牛頓運動定律，那么我們所知的貨架高度H=（1/2）*gt2，S（車）=V0t+（1/2）*at2，S（球）=V0t，通過這三個公式可以得出：S=S（車）-S（球）=（a/g）*H

第二種解題思路（非慣性系中）：

小車做勻加速運動，當我們以做勻加速運動的小車為參考系的時候，小球做的是勻加速直線運動，小球落地點到貨架下方地段的距離=（ma/mg）*H=（a/g）H

從以上的解題思路和解題的過程中我們可以看到，不管是在慣性系還是非慣性系的條件下，所計算出的答案都是一樣的。而利用非慣性系解答物理力學習題相比應用慣性系而言，非慣性系解答的方法更為簡單，而且解題更方便快捷[3]。

（二）例題2：

在例題2當中，對平時最為常見的一種類型的物理力學題進行舉例分析。在一個光滑的斜面上放一個小滑塊，該光滑的斜面為A，斜面的質(zhì)量設為M，小滑塊為B，小滑塊的質(zhì)量為m，該小滑塊可以視為質(zhì)點。求滑塊B從靜止狀態(tài)開始，從斜面A的頂端一直滑到斜面A的底端所需要的具體時間。（如圖2所示）

在上圖中，通過對光滑的斜面A以及小滑塊B來進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，斜面A中有水平向右的加速度，其中aA=（NBA*sinθ）/M。當在非慣性系中以斜面A為參考系來對小滑塊B進行研究的時候，要使牛頓運動定律成立，就必須引入一個外來虛擬的慣性力。因此，在這種假設的情況下，我們可以認為小滑塊B所承受的力有三個：自身的重力mg，斜面A對滑塊B所具有的彈力NAB，以及水平方向朝左的一種慣性力[4]，由此可以得出：f=maA。

當以斜面A為參考系的時候，小滑塊在垂直于斜面的方向上處于平衡狀態(tài)，由此可以得出：NAB=fsinθ=mg*cosθ。由于NAB和NBA是一對反作用力，由以上的公式：aA=（NBA*sinθ）/M和f=maA和NAB=fsinθ=mg*cosθ可以得出：N=NAB=NBA=（Mmg*cosθ）/（M+msin2θ）。以斜面為參考系時，滑塊沿斜面上方做的是勻加速直線運動，則有：mgsinθ+fcosθ=ma相。a相=[（M+m）gsinθ]/（M+msin2θ）。由以上的公式結合其他運動學的公式就可以得到時間t=（1/sinθ）*[2h（M+msin2θ）/g（M+m）]1/2。

從以上的解題過程中我們可以發(fā)現(xiàn)，引入了慣性力，使解答題目變得更為方便，這極大地提高了物理的解題效率。

四、結語

綜上，對于物理力學習題的解答是否要采用平動非慣性系，要根據(jù)題型的具體情況來判斷。若采用慣性系解答比較困難，且題目符合非慣性系的相關特點，則可以使用非慣性系。借助以上兩種解題思路，足可以解決大多數(shù)涉及力學關系的運動參考系問題，尤其是在考察平動非慣性系的知識點時。

參考文獻：

[1]尹忠文，宋海珍，宋超.高中物理學中加速平動非慣性系中單擺的周期公式[J].南都學壇，2016，（03）：126-128.

[2]李秀芬，李向東，賈珍妮.平動非慣性系中非線性單擺的運動[J].內(nèi)江科技，2011，（11）：49.

[3]馬繼云，王文東，劉婷婷.普通物理力學中平動非慣性系的處理方法[J].冀東學刊，1994，（05）：7-12.

[4]林景波，霍巖巖，張大成.非慣性系動力學定理中無慣性力作用項的條件確定[J].延邊大學學報（自然科學版），2012，（01）：47-49.

（作者簡介：馬一瀛，吉林省松原市實驗高級中學，高中學歷，研究方向：物理方向。）