2019-2020年高三物理 第二十三章 相对论简介 四、惯性力、惯性质量和引力质量(备课资料).doc

备课资料2019-2020年高三物理 第二十三章 相对论简介 四、惯性力、惯性质量和引力质量(备课资料)牛顿力学是建立在绝对时空观基础之上的理论体系.如果说绝对时空观是错误的，牛顿力学就不可能成立.但是，牛顿力学虽然未能成功地解释水星近日点每百年43.03的运动值和高速电子质量增加效应等几个物理现象，总的来讲，它在宏观物理学的各方面所取得的成就就是极其广泛和辉煌的.相对论的创始人对牛顿力学的态度是前后矛盾和含混其词的.在某种场合下对牛顿力学采取全盘否定的态度，在另一种场合下又承认牛顿力学是相对论的低速近似.爱因斯坦认为：“一个物理学家在一个没有窗子的房间内工作，另外有一个人开玩笑把整个房子旋转起来，于是，这位物理学家将不得不放弃惯性定律.如果这位物理学家在进入房间以前就对物理学的概念已有坚定的信念，那么他就能解释力学定律之所以被推翻，是因为房子转动，用力学实验甚至可以决定它是怎样转动的.”爱因斯坦希望通过这个例子说明牛顿力学只能在惯性系内适用，因为一旦房子转动起来，变成非惯性系，牛顿力学的定律就失效了，或者说是被推翻了.有的学者认为，牛顿力学只适用于惯性系内的说法是不能成立的.因为：（1）牛顿第一定律（惯性定律）规定：不受外力作用的物体，做等速直线运动.这个等速直线运动指的是物体的绝对运动.既然所有不受外力作用的物体都相对于绝对坐标系做等速直线运动，彼此之间的相对运动当然也是等速直线运动.因而相对于惯性坐标系做等速直线运动的物体当然也是惯性的，即相对于绝对坐标系也是等速直线运动.（2）牛顿第二定律可以用一个数学公式F=ma来表达，式中a代表绝对加速度，牛顿第二定律在惯性系内应用时，也可以选用相当于该坐标系的加速度，是因为在这种情况下，相对加速度就等于绝对加速度.牛顿第二定律在非惯性系内不能简单地采用相对于该坐标系的加速度，是因为坐标系本身具有牵连加速度，相对加速度不等于绝对加速度.牛顿第二定律在非惯性系内不能用简单的数学公式F=ma来表达，是符合了牛顿力学而不是推翻了牛顿力学.反之，如果在非惯性系内也存在简单的数学关系，那倒是牛顿力学被推翻了.在非惯性系内考虑坐标自身的牵连加速度和柯氏加速度，是有充分理论依据的，并不是一种拼凑.惯性力是达朗培尔原理引入的概念，目的是在于把-ma称作惯性力.其实这只是一种模拟性提法，目的是在于把牛顿第二定律所研究的动力学问题改用静力学的语言来表达.在物理学中这种模拟的办法是常会碰到的.例如流体力学中场流可以根据数学方程的相似性用静电场来模拟，但这绝不等于说流场和静电场是一回事.惯性力并不是牛顿力学的必要组成部分.不用惯性力这个概念，不会影响到牛顿力学的完整性.爱因斯坦根据惯性力是虚拟的这个理由，把牛顿力学说成是在非惯性系内似乎采用了拼凑的办法，这个指责是不公正的.