《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第一章 力和运动 §1-5 伽利略相对性原理、非惯性系、惯性力

§1-5伽利略相对性原理非惯性系惯性力 一、伽利略相对性原理 伽 x'=x-vt V=Vx-v 利 y'=y ,= a,=a, z′=2 换 t'=t v.=v. a,=a 一切彼此等价作匀速直线运动的惯性系，对于描 写机械运动的力学规律来说是完全等价的。 即：在一个惯性系内部所做的任何力学实验都不 能够确定这一惯性系本身是在静止状态，还是在作匀 速直线运动。这个原理叫做力学的相对性原理，或伽 利略相对性原理

上页 下页 返回 退出 x x vt y y z z t t  = −  =  =  = x x y y z z v v v v v v v  = −  =  = x x y y z z a a a a a a  =  =  = 伽 利 略 变 换 一、伽利略相对性原理 一切彼此等价作匀速直线运动的惯性系，对于描 写机械运动的力学规律来说是完全等价的。 即：在一个惯性系内部所做的任何力学实验都不 能够确定这一惯性系本身是在静止状态，还是在作匀 速直线运动。这个原理叫做力学的相对性原理，或伽 利略相对性原理。 §1-5 伽利略相对性原理 非惯性系 惯性力

二、经典（牛顿）力学时空观 据伽利略变换，可得到经典时空观 同时的绝对性 牛顿力学 ◆ 时间的测量 与惯性系无关 长度的测量 牛顿力学的绝对时空观 速度与惯性系有关 (相对性) 士觉下式返回：退

上页 下页 返回 退出 -牛顿力学的绝对时空观 牛顿力学 速度与惯性系有关 (相对性) 同时的绝对性 时间的测量 长度的测量 与惯性系无关 二、经典（牛顿）力学时空观 据伽利略变换，可得到经典时空观

*三、非惯性系 1.惯性系定义 牛顿第一定律定义的参考系。 在惯性系中，一个不受力作用的物体将保持静 止或作匀速直线运动。 2.惯性系性质 相对于惯性系作匀速直线运动的参考系一定也是 惯性系。 3.非惯性系定义 相对于一个已知惯性系作加速运动的参考系。 4.判断一个参考系是否是惯性系的标准（实验观察）

上页 下页 返回 退出 3. 非惯性系定义 相对于一个已知惯性系作加速运动的参考系。 4.判断一个参考系是否是惯性系的标准（实验观察） 1. 惯性系定义 牛顿第一定律定义的参考系。 2. 惯性系性质 在惯性系中,一个不受力作用的物体将保持静 止或作匀速直线运动。 相对于惯性系作匀速直线运动的参考系一定也是 惯性系。 *三、非惯性系

例如： 非惯性系 STOP 惯性系 问题： 1.在地面的站台上观察金杯的运动状态如何？答：静止。 2.在加速行驶的车内观察金杯的运动状态又如何？ 答：加速向左运动。 正觉子元返回退收

上页 下页 返回 退出 a - a 惯性系 非惯性系 问题: 1.在地面的站台上观察金杯的运动状态如何? 2.在加速行驶的车内观察金杯的运动状态又如何? 答:静止。 答:加速向左运动。 例如：

*四、惯性力 在非惯性系中观察和处理物体的运动现象时，为 了应用牛顿定律而引入的一种虚拟力。 在平动加速系中，对牛顿第二定律进行推广。 S-惯性系 S-非惯性系 d-S喺相对s系的加速度 d和a'分别表示一质量为m的质点在S系和S' 系中的加速度。 据加速度的变换关系有 a=ao+a' 在S系中，牛顿定律成立 F=ma 生意不意返回追

上页 下页 返回 退出 *四、惯性力 在非惯性系中观察和处理物体的运动现象时,为 了应用牛顿定律而引入的一种虚拟力。 S-惯性系 S¢-非惯性系 a0 系相对S系的加速度  - S¢ 在平动加速系中，对牛顿第二定律进行推广。 a 和 分别表示一质量为m的质点在S系和  a   S 系中的加速度。 0 据加速度的变换关系有 a a a = +  在S系中，牛顿定律成立 F a   = m

在S'系中 F=ma,+md'≠md 牛顿定律在S'系中不成立 例如： f 在平动加速参考系中惯性力： 大小F=ma 方向与a,的方向相反 在转动参考系中惯性力： 大小F=mRo 方向沿着圆的半径向外 所以在非惯性系中 F+F=ma' 上觉不元道回退欢

上页 下页 返回 退出 在 S 系中 F ma ma ma 0 = +   牛顿定律在 S 系中不成立 所以在非惯性系中 F F ma i + =  例如： Fi =- ma0 0 a 在平动加速参考系中惯性力: 在转动参考系中惯性力: 大小 方向 2 F mR i =  沿着圆的半径向外 大小 F ma i 0 = 方向与 a0 的方向相反

例题1-17一质量为60kg的人，站在电梯中的磅秤 上，当电梯以0.5m/s2的加速度匀加速上升时，磅秤 上指示的读数是多少？试用惯性力的方法求解。 解：取电梯为参考系。已知这个非惯性系以 a=0.5m/s2的加速度对地面参考系运动，与之相应 的惯性力 F=ma 从电梯这个非惯性系来看，人除受重力G(方向 向下)和磅秤对它的支持力（方向向上）之外， 还要另加一个F。此人相对于电梯是静止的， 则以上三个力必须恰好平衡

上页 下页 返回 退出 例题1-17 一质量为60kg的人，站在电梯中的磅秤 上，当电梯以0.5m/s2的加速度匀加速上升时，磅秤 上指示的读数是多少？试用惯性力的方法求解。 解：取电梯为参考系。已知这个非惯性系以 a=0.5m/s2的加速度对地面参考系运动，与之相应 的惯性力 从电梯这个非惯性系来看，人除受重力 （方向 向下）和磅秤对它的支持力 (方向向上)之外， 还要另加一个 。此人相对于电梯是静止的， 则以上三个力必须恰好平衡。 Fi r G FN F ma i =

即 F-G-F=0 于是 FN=G+F=m(g+a)=618N 由此可见，磅秤上的读数（根据牛顿第三定律， 它读的是人对秤的正压力，而正压力和F、是一对大 小相等的相互作用)不等于物体所受的重力G。当加 速上升时，F>G;加速下降时，F<G。前一种情况 叫做“超重”，后一种情况叫做“失重”。尤其在 电梯以重力加速度下降时，完全失重，磅秤上的读 数将为0。 上觉不元通司退

上页 下页 返回 退出 即 F G F − − = 0 N i 于是 F G F m g a = + = + = ( ) 618 N i N 由此可见，磅秤上的读数（根据牛顿第三定律， 它读的是人对秤的正压力，而正压力和FN是一对大 小相等的相互作用）不等于物体所受的重力G。当加 速上升时，FN>G；加速下降时，FN<G。前一种情况 叫做“超重” ，后一种情况叫做“失重” 。尤其在 电梯以重力加速度下降时，完全失重，磅秤上的读 数将为0

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