高中物理 运动的描述——参考系

要描述物体的运动，通常要先判断它是运动的还是静止的；如果物体是运动的，再根据需要来说明它是怎样运动的。我们说房屋、树木是静止的，这大概是不会错的，但事实上房屋、树木在随着地球一起运动。再比如，行驶的列车中的乘务员与旅客，列车外的人认为他们随列车一起运动，但他们彼此看对方却是静止的。为什么人们的看法会不一样呢？

自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的。就此意义而言，我们说运动是绝对的。但是，描述某个物体的位置随时间的变化，却又总是相对于其他物体而言的。这便是运动的相对性。

可见，要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于这个“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来作为参考的物体叫做参考系（reference frame）。

在物理学中运动是指一个物体相对于另一个物体位置的变化，那么也就意味着某个物体的运动总是相对于另一个或另一些选定的参考物体而言的，例如研究汽车的运动时，我们常常以道路和两边的建筑物或路灯等做为参考，观察轮船的航行时我们常常以河岸上的房屋，树木，码头或灯塔等做参考。这些用来参照的物体就叫做参考系。

所以说物体是不是在运动都是相对于参考系而言的，很多时候还存在着跟参考物体之间保持相对静止的物体，也可以把这样的物体叫做参考系，例如我们说以道路为参考系，也同时意味着以道路两边的建筑，停在道路上的车子，路边的树木等相对道路静止的物体当做参考系。

参考系的选取

在描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择。但是，选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同。

举个例子，平稳行驶中的公交车，坐在车里面的人往窗外看，感觉到建筑物和树木都是往后倒退的，这是因为车里的人此时以公交车为参考系，他手里拎着一个包，在同车的人看起来包是不动的，这是因为同车的人以自己和公交车为参考系，包相对于他或公交车是静止不动的。

但站在路边的人看起来包和公交车一起在运动，站在路边的人以自己或地面为参考系，包和车子就在移动。如果此时有一辆轿车从公交车旁边快速开过去，地面上的人觉得两辆车都在向前运动，这也是因为站在地上的人以地面为参考系，所以两车都在前进。但是轿车司机以轿车为参考系，感觉到地面在后退，公交车也在后退，而公交车里的人以公交车为参考系，感觉到地面在后退，而轿车在往前运动，所以一个物体是否运动，怎样运动就决定于它相对于选取的参考系位置是否发生变化，怎样变化。因此参考系的选择对于描述物体的运动具有非常重要的意义，那么参考系的选取有什么原则呢？

参考系选取得当，会使问题的研究变得简洁、方便，当然，凡是提到运动，都应该弄清楚是相对于哪个参考系而言的。通过上面的例子，实际上可以看出来参考系的选择原则上是任意的，一般以观察者方便和使运动的描述尽可能简单的原则，因此在研究地面上物体的运动时，往往选取地面为参考系。

关于参考系还有几点需要注意的事项，因为物体的运动总是针对参考系而言的，所以凡是提到物体的运动都应该先明确它是相对哪个参考系而言的。其次，在同一个问题当中，若要研究多个物体的运动或同一个物体在不同阶段的运动时，必须要选择同一个参考系。还有无论物体原来运动与否，运动情况如何，一旦把该物体选做参考系，它就被认为是静止的，因为它相对自己静止，这也说明静止具有相对性。

练习与应用

1.平常说的“一江春水向东流”“地球的公转”“钟表的时针在转动”“太阳东升西落”等，分别是说什么物体相对什么参考系在运动？

分析：参考系的选择原则上是任意的，一般以观察者方便和使运动的描述尽可能简单的原则。

答案：“一江春水向东流” 这道题很多学生给出的答案是岸，其实按照初学者的理解，以地面为参考系，说岸是参照物没有问题，但是题目里说“向东流”，所以就算是以地面为参考系，也应该是西边的岸或者东边的岸，也就是说水是从西边流过来的，或者是向东边流过去的。但一般建议东边的岸为参考系。

“地球的公转” 地球绕着太阳转，参考系就是太阳。

“钟表的时针在转动” 首先确定时针的运动是转动，那么表盘的中心应该是参考系。其实对于分针和秒针来说，时针也在动，但是这个运动不一定是转动了，不过在高中阶段我们并不要求这么高，所以答案可以说是表盘，分针或者秒针。

“太阳东升西落” 这和第一个题差不多，带有方向，就不能简单地说以地面为参考系，要以东边或者西边的某个建筑物或者其他固定的物体为参考系。

2.将近1000年前，宋代诗人陈与义撑着小船在风和日丽的春日出游时曾作了一首诗：飞花两岸照船红，百里榆堤半日风。卧看满天云不动，不知云与我俱东。是任意数性地表达了他对运动相对性的理解。诗中描述了什么物体的运动？它们分别是以什么物体为参考系的？你对诗人关于“榆堤”“云”“我”的运动与静止的说法有没有不同的认识？

答案：在做这道题的时候，我一般要求学生先把这首诗解释一下，但是能者寥寥无几。

飞花两岸照船红：花是长在岸边的，动的只能是船，飞就说明船的速度比较快。照船红说明花的颜色是红色的。

百里榆堤半日风：百里只是形容堤岸很长，并不是只有百里，榆堤说明岸边种的是榆树，半日风是对应百里来说的，还是形容船速比较快。就是说不到半日就走了百里多的距离。

卧看满天云不动：这句形容诗人此时的状态和看到的景象，船在动而云不动。

不知云与我俱东：解释了上一句的原因，就是船和云都在向东边走，而且感觉速度差不多。

这样答案就出来了，前两句船以榆堤为参考系是运动的，后两句诗人以船为参考系是静止的，船以云为参考系是静止的，人以云为参考系也是静止的。

总结

什么是参考系？参考系就是在描述一个物体运动时选来作为标准参照的另外的物体或物体群。

物体的运动都是相对参考其而言的。

同一物体的运动选取不同的参考系，就会得到不同的观察结果。

本文部分内容来源于人教版《高一物理》（必修一）