于佳卉

摘 要 運動廣泛存在于我們的生活之中，小到微觀世界中分子、原子的運動，大到宇宙中星球的運動。正是豐富多彩的運動造就了我們充滿生機與活力的生活。認(rèn)識了解運動，是認(rèn)識了解世界的基礎(chǔ)。參考系是運動的描述中的重要基礎(chǔ)，靈活掌握參考系，有助于我們更富有層次的認(rèn)識運動，了解世界。通過“人在橋上走，橋流水不流”這句詩，讓我們共同步入?yún)⒖枷档纳衩厥澜?。本文就將從參考系在運動描述中的重要作用、參考系的定義、參考系的性質(zhì)以及參考系的選取原則等多個方面帶領(lǐng)大家全面認(rèn)識參考系。

關(guān)鍵詞 參考系 運動的描述 作用

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

我們生活在一個環(huán)繞著運動物體的世界，我們的周圍也充斥著各種各樣的運動。正是這些運動使得我們的世界生機勃勃，欣欣向榮。無論是宏觀還是微觀，運動都廣泛地存在于我們的生活之中，為我們的生活帶來了活力。

我們生活的蔚藍(lán)色美麗星球在時刻環(huán)繞著太陽公轉(zhuǎn)，地球也在一刻不停的自轉(zhuǎn)，在地球周圍還有月亮以及人造衛(wèi)星的運動，宇宙中可望不可即的運動促使我們感嘆人類的渺小。高鐵在軌道上馳騁，飛機在天空中翱翔，使我們早上在北京晚上到西雅圖不再是夢。河流川流不息，晶瑩的雪花從空中飄落，落葉隨風(fēng)飛舞，大自然用運動展示著它的寧靜與壯闊。在溫水里放入一勺糖，可以得到一整杯的糖水，一桌豐盛的飯菜散發(fā)著令人垂涎的香氣，看似微小的運動也在不知不覺間帶給我們生活中無數(shù)的驚喜。

我們生活在運動的物體之中，運動為我們的生活增加了生機與色彩。既然周圍存在著如此之多的運動，那么掌握對運動的描述方式，對我們來說就具有重要的意義，也成為我們認(rèn)識、描述世界的重要基礎(chǔ)。

1參考系在“運動的描述”中的重要作用

“運動的描述”安排在高中物理的起始部分。隨著對于“運動的描述”的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了從初中物理到高中物理的跨越。運動的描述，在高中物理學(xué)中處于基礎(chǔ)地位。在我們?nèi)粘５膽?yīng)用中，也有著廣泛的應(yīng)用。因而，對于“運動的描述”的學(xué)習(xí)，不僅有益于我們對于高中物理基礎(chǔ)知識概念體系的建立，而且也為我們探索生活與世界奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考系則是 “運動的描述”的重要基礎(chǔ)。同樣的一種運動形式，選擇不同的參考系就會得到完全不同的結(jié)果。參考系是為了對物體進(jìn)行“運動的描述”而選擇的假定不動的物體建立的基準(zhǔn)體系。通過比較要描述物體與假定不動物體的相對關(guān)系來描述物體的運動。因而對于同一個物體的運動，選擇不同的參考系就會得到不同的“運動的描述”的結(jié)果。關(guān)于物體運動描述的奧秘，古代人們早已發(fā)現(xiàn)，并將其巧妙地融入到四句禪詩之中。

空手把鋤頭，步行騎水牛，

人在橋上走，橋流水不流。

上面這四句禪詩，是南北朝時期的一位禪師的所描述的禪詩，這個禪師主要描述的是他所觀察體悟的事物相悖的禪理。這個是禪師從較高的境界來看待世界，希望我們從差別中認(rèn)識平等，從動亂中認(rèn)識寂靜。從最后兩句，“人在橋上走，橋流水不流”看似不同于常理的描述中，就充分體現(xiàn)了參考系在“運動的描述”中的重要作用。

從常識來看，我們通常認(rèn)為橋是不動的，而水是流動的。這種常識認(rèn)識世界的行為是建立在以大地為參考系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。我們通常認(rèn)識世界，描述運動是都是以大地作為參考系描述的。因而，感覺不到參考系存在的重要意義。而當(dāng)詩中將其特別提出，并且不按照常識來選擇參考系的時候，我們就會意識到參考系存在的重要意義。

同理，我們將相對于大地不動的物體選為參考系的時候，也是符合我們對事物運動的通常認(rèn)識的。汽車在馬路上飛馳，河流川流不息，高山巍峨肅立等等，是我們感知世界的常態(tài)。而我們對于世界的基本認(rèn)識就是建立在將大地選為參考系的基礎(chǔ)上的。又比如說，這首詩的倒數(shù)第二句“人在橋上走”。很顯然，這是將橋選為參考系，假設(shè)橋是不動的，而人在橋上運動，即形成了在橋上走的這個動作。由于橋是相對于大地也是不動的，所以這符合我們對于運動的通常認(rèn)識。在讀到“人在橋上走”時，感覺到十分自然。

但讀到“橋流水不流”時，給我們的感受就有些不同于通常狀態(tài)下的認(rèn)識。在這首詩的最后一句，不同于我們通常選擇參考系的形式。即不將大地選為參考系，而是將水作為參考系來描述橋與水的運動。當(dāng)將水選為參考系的時候，水是被假定不動的，因而橋相對于水是運動的，而水相對于水是不動的。從而，在將水選為參考系的情況下，就形成了“橋流水不流”的描述。再比如，在上面提到的例子中，“汽車在馬路上飛馳”很顯然是將大地選為參考系，因而汽車的運動狀態(tài)為飛馳，若將汽車內(nèi)的司機選為參照物，那么對汽車的描述就為靜止?！昂恿鞔鞑幌ⅰ比粢噪S河流漂流的樹葉為參照，那么河流則表現(xiàn)為靜止。“高山巍峨肅立”，若以向著高山方向行駛的汽車為參照，則可以描述為高山向著汽車運動。

通過上面的描述，我們認(rèn)識到參考系選取的不同帶來“運動的描述”的奇妙與不同之處，下面將從參考系的定義、參考系的性質(zhì)以及參考系的選取原則這三個方面，對參考系進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.1參考系的定義

參考系，又稱參照系、參照物，是一個物理學(xué)名詞，它是指研究物體的運動的時候所選擇的參照物體。參考系可以分為慣性參考系和非慣性參考系。這里的分類依據(jù)是牛頓定律在參考系中是否成立。牛頓定律在參考系中成立的參考系成為慣性參考系，慣性參考系也是高中物理中討論的重點。而慣性定律在參考系中不成立的參考系稱為非慣性參考系，非慣性參考系不作為高中物理的研究對象。因而在下面的討論中，我們所提到的參考系大多是指慣性參考系。

為了用數(shù)值描述一個物體的位置，可以在參考系上設(shè)置坐標(biāo)系，稱為參考坐標(biāo)系。當(dāng)我們在進(jìn)行運動的描述時，參考系和參考坐標(biāo)系是可以任意選擇的。但是同一個物體的同一個運動，在不同的參考系和參考坐標(biāo)系中的表現(xiàn)形式是不同的。通常需要按照問題的實際情況來選擇合適的參考系和參考坐標(biāo)系。

參考系的選擇直接影響物體運動的表現(xiàn)形式，因而在進(jìn)行參考系選擇時要充分考慮實際的應(yīng)用情況。另外，同一運動在不同參考系中具有不同表現(xiàn)形式，也被充分利用在慣性導(dǎo)航中。慣性導(dǎo)航廣泛用于運載體的導(dǎo)航中，為運載體提供實時的姿態(tài)、速度以及位置等導(dǎo)航信息。慣性導(dǎo)航是最為基礎(chǔ)也是應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)航系統(tǒng)，為我們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)正是利用同一運動在不同參考系中描述不同，并且不同參考系之間還存在相互聯(lián)系的特點。利用這一特點，為描述物體導(dǎo)航信息提供了重要的依據(jù)和基準(zhǔn)。

1.2參考系的性質(zhì)

參考系主要有四個主要的性質(zhì)，主要包括：標(biāo)準(zhǔn)性、任意性、統(tǒng)一性和差異性。這四個性質(zhì)是參考系的基本性質(zhì)，為參考系的選擇與建立提供了重要的依據(jù)。下面將對這四個性質(zhì)進(jìn)行簡要介紹。

標(biāo)準(zhǔn)性：用來做參考系的物體都是假定不動的，被研究的物體是靜止還是運動，都是相對于參考系而言的。任意性：參考系的選取具有任意性，但應(yīng)該以觀察方便和運動的描述盡可能簡單為原則。統(tǒng)一性：比較不同的運動的時候，應(yīng)選擇同一的參考系。差異性：同一運動選擇不同的參考系，觀察結(jié)果一般不同。例如，考慮坐在車上的乘客的運動情況，當(dāng)以地面為參考系的時候，乘客是運動的，而以車為參考系的時候，乘客是靜止的。

1.3參考系的選取原則

上面我們提到了，參考系的選取是任意的，但是應(yīng)該以觀察的方便和是運動的描述盡可能簡單為原則，當(dāng)我們研究地面上的物體時，通常將地面選為參考系。當(dāng)一般題目未注明的情況下，都是將地面選為參考系。參考系的選取原則包含下述3個方面：首先，參考系是為了描述物體的運動而人為選定的參照物體，參考系可以是不動的，也可以是變速運動的物體;其次，參考系的選擇是任意的，但是應(yīng)該以觀察的方便和是運動的描述盡可能簡單為原則，當(dāng)我們研究地面上的物體時，通常將地面選為參考系;最后，對于統(tǒng)一物體的運動，所選取參照物不同，對它的描述就會不同。運動是絕對的，靜止是相對的。

“空手把鋤頭，步行騎水牛，人在橋上走，橋流水不流?！惫糯嗣裼盟木涠U詩總結(jié)了生活感悟和人生智慧。短短的四句話，描繪了參考系的選擇在“運動的描述”中的重要作用。同樣的運動在不同的參考系中會有不同的表現(xiàn)形式。運動為生活增添了活力，帶來了色彩。運動的描述蘊含著豐富的奧秘和人生哲理。作為高中物理的起始，為我們奠定了堅實的基礎(chǔ)。也為我們認(rèn)識世界，描述世界提供了基準(zhǔn)。同時，也讓我們感受到了生活中的物理帶給我們的神奇與奧秘。

2結(jié)語

本文僅僅圍繞“空手把鋤頭，步行騎水牛，人在橋上走，橋流水不流?！边@四句詩探尋了參考系在運動描述中的重要作用。看似不同于常識的描述，實質(zhì)上蘊含著高中物理中，參考系的選取的重要知識點。同樣的運動，選擇的參考系不同，就會得到截然不同的運動描述形式。通過本文，帶大家一起回顧了參考系的定義、參考系的性質(zhì)、參考系的重要作用以及參考系的選取原則。掌握了這些就為運動的描述奠定了重要的基礎(chǔ)。同時也為高中物理的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。