■曹 鋼

作者單位：江蘇省靖江市東興鎮(zhèn)中心學(xué)校

物理是一門比較考驗(yàn)學(xué)生理性思維的學(xué)科，比如同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)“力學(xué)相對(duì)性原理”時(shí)，就需要具備一定的邏輯思維能力，才能夠深刻理解其含義，并將其應(yīng)用在實(shí)際的求解物理問(wèn)題的過(guò)程中。

一、力學(xué)相對(duì)性原理的定義

力學(xué)相對(duì)性原理是物理學(xué)中非常經(jīng)典的一個(gè)原理，它是由伽利略提出來(lái)的，所以也稱為伽利略相對(duì)性原理，其主要內(nèi)容是“經(jīng)典力學(xué)定律在任何的慣性參考系中數(shù)學(xué)形式不變”。通俗的來(lái)說(shuō)，就是所有慣性參考系都是等價(jià)關(guān)系，比如一個(gè)相對(duì)于慣性參考系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它內(nèi)部所產(chǎn)生的一切有關(guān)于力學(xué)方面的概念和規(guī)律都不會(huì)受到所選參考系本身的影響。

二、力學(xué)相對(duì)性原理的理論在物理教材中的具體體現(xiàn)

在物理學(xué)中很多與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的基本規(guī)律(牛頓第二定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律等)，都滿足力學(xué)相對(duì)性原理的理論。這些基本規(guī)律都能夠通過(guò)力學(xué)相對(duì)性原理理論推導(dǎo)出來(lái)。

在牛頓第二定律的定義“物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比”中，物體的加速度實(shí)際上就是力的一種體現(xiàn)，而作用力和質(zhì)量分別是這一力的參考系。根據(jù)所選參考系的不同，所呈現(xiàn)出來(lái)的關(guān)系也有所不同。在力學(xué)相對(duì)性原理中，參考系為慣性參考系，假設(shè)所選慣性參考系為S，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于慣性參考系S的速度為v，質(zhì)點(diǎn)受到的合力為F，由牛頓第二定律得。將這一公式進(jìn)行反推，可以證明它是符合力學(xué)相對(duì)性原理的。

動(dòng)能定理描繪的是物體動(dòng)能的變化量和合外力做功之間的關(guān)系，即合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化量。做功是一個(gè)過(guò)程量，動(dòng)能是一個(gè)狀態(tài)量，做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，二者之間的等量關(guān)系不因所選慣性參考系的不同而有所改變，符合力學(xué)相對(duì)性原理。

三、力學(xué)相對(duì)性原理在物理解題中的應(yīng)用

1.在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。

動(dòng)力學(xué)是理論力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，主要研究作用于物體的力與物理運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)的形成理論基礎(chǔ)之一便是牛頓的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律，其中牛頓第二定律在解題中的應(yīng)用最為廣泛。

例1在光滑的水平面上，質(zhì)量分別為M1和M2的兩塊木頭，用一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)0，勁度系數(shù)為k的彈簧連接，讓兩塊木頭壓縮彈簧，之后放開。問(wèn)：這一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所體現(xiàn)的物理量主要有哪些?

分析：被壓縮的彈簧釋放之后，彈簧兩邊的木頭都將運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗阶烂婀饣?，所以在水平方向上不受外力作用，這個(gè)參考系是慣性參考系。因此可以根據(jù)力學(xué)相對(duì)性原理進(jìn)行探究與解答。

2.在涉及能量問(wèn)題中的應(yīng)用。

涉及能量的問(wèn)題主要研究做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，其中動(dòng)能定理和動(dòng)量定理是涉及能量的問(wèn)題遵循的基本規(guī)律。

例2質(zhì)量為M的卡車以速度V0向前方勻速行駛，在行駛的過(guò)程中，一質(zhì)量為m的物塊落在了卡車上，與卡車一起運(yùn)動(dòng)。求當(dāng)物塊與卡車的速度相同時(shí)，物塊相對(duì)地面走過(guò)的路程。其中M?m，物塊與卡車之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。

分析：因?yàn)榭ㄜ囇氐孛鎰蛩傩旭?，所以不管是選地面為參考物，還是選卡車為參考物，都是慣性參考系。利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能定理即可列式求解。

綜上所述，只有正確理解力學(xué)相對(duì)性原理理論的內(nèi)涵，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的掌握和應(yīng)用。