自然现象中的相对运动，本文主要内容关键词为：现象论文,自然论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
相对运动是中专物理中的一个基本内容，引导学生学好这部分教学内容，有助学生树立辩证唯物主义思想和科学的时空观、宇宙观，也有助学生掌握分析、解决力学问题的基本理论和方法，提高自身科学素质。
在课堂教学中，为了理论联系实际，加强教学效果，我尝试将这部分内容适当拓宽，通过举例积极引导学生去观察自然，探索自然，体会包含在自然现象中的物理规律。结合一些自然现象介绍相对运动原理，引起了学生的学习兴趣和求知欲，也使他们对这部分教学留下了较深的印象。下面试举几例。
1 从“斗转星移”说起
“斗转星移”是古人形容时光流逝的一句成语，其中，包含着相对运动的观点。对此作一简要分析。我们知道，北极星S[,1] 固定（位置变化极难察觉）在地球自转轴北端的正上方，在其附近的区域里分布着一些位置“固定”的恒星，如北斗星S[,2]等等（见图1）。
观察者在北极A点抬头仰望星空，看到什么情景呢？他看到北极星S[,1]是固定不动的，而北斗星S[,2]和其他恒星都围绕着S[,1]做24小时一周的逆时针转动。因为地球存在由西向东的自转运动，而地球上的观察者习惯将地球当作是静止不动的，因此，以地球为参照系，北斗星S[,2]等恒星就围绕着地球自转轴做相对的逆时针（仰视图）圆周运动了。由于北极星S[,1]正在转轴上，所以， 相对转动参照系地球就没有位置变化。若在A点用照相机镜头对准S[,1]、S[,2]等恒星， 打开快门连续曝光一段时间，得到的将是一张有中心亮点的一组同心圆弧的照片。显然，中心亮点就是北极星S[,1]， 而一组较亮的同心圆弧则是其他恒星相对地球的运动轨迹。可见，用“斗（北斗星）转星移”来描述时光流逝还是很形象，很科学的。
若观察者在北半球B点（如我国北方地区）， 则可看到不同的情形，他将看到S[,1]仍静止不动，S[,2]绕S[,1]转动，但S[,2]有时和地平线靠得很近，有时又离得很远，这也是由地球自转而引起的相对运动的效果，对此，也作一简单分析。在图1中，B点的视角（B到S[,2]的视线与地平面M的夹角）为α，B到S[,2]的距离为d，则S[,2]到地平面M（其尽头即为地平线）的高度h＝d·sinα。由于地球的自转，12小时后， 观察者到达对称点B′点（如图1），其视角为α′，由几何关系可知α′＜α，d′－d＝△d，由于恒星距地球十分遥远，所以△d可忽略，即d′≈d，故S[,2]到地平面N的高度h′＝d′·sinα′＜h，即在B ′点观察者看到S[,2]更靠近地平线。如此周而复始，观察者可看到S[,2]在绕S[,1]转动的同时，时而靠近地平线，时而又远离地平线。
各种恒星的运行与升降，在地球表面的其他位置都可看到，这些现象都是观察者以地球为参照系所看到的由地球自转引起的恒星对地球的相对运动。其实，相对太阳参照系而言，这些恒星仍是静止的（位置变化极难察觉，可不计）。
2 “太阳从西边升起”的奇观
日出东方，是世人皆知的常识，而“太阳从西边升起”只是痴人梦呓，以地球为参照系来看，结果的确如此。但是，从相对运动原理出发，若选择其他参照系来观察，情况就完全不同了，对此，试作如下分析（忽略地球公转影响）：
若有一架飞机沿着该讳度以相对地面的速度v[,相]做自东向西的飞行（如图2所示），则其相对太阳的绝对速度为v[,绝]＝v[,相]＋v[,自]，由于v[,自]方向与v[,相]方向相反，故绝对速度的大小v[,绝]＝│v[,相]－v[,自]│，其方向将取决于v[,相]、v[,自]的大小，简单讨论如下。
（1）当v[,相]＝v[,自]时，得v[,绝]＝0，即以太阳为参照系，飞机相对太阳静止不动，飞行员从飞机上看，太阳总是悬在其左上方同一位置不动（假如飞机是中午从地面起飞的）。例如，北京所在纬度ψ[,京]≈40°，则该地v[,自]为
v[,自]＝ω[,自]Rsin（90°－40°）
≈356m／s
若飞机从北京起飞，并以v[,相]＝v[,自]＝356m／s的速度沿40 °纬度向西飞行，机上飞行员就可看到上述情景。
（2）当v[,相]＞v[,自]时，v[,绝]│＝ㄧv[,相]－v[,自]│≠0，方向向西，即飞机相对太阳以v[,绝]的速度向西飞行。反言之，以飞机为参照系，太阳则相对飞机向东运动，即机上飞行员将看到太阳渐渐向东落下去，在这种情况下，飞机若继续向西绕地球飞大半圈以后，将会重新与位于飞机前方--即西面的太阳“碰头”，那么，以飞机为参照系，机上飞行员看到，太阳正是渐渐从西边显露的，即看到了“太阳从西边升起”的奇观。在上述（1）的举例中，若飞机v[,相]＞v[,自] ＝356m／s时，飞行员就可看到这一奇观。
（3）当v[,相]＜v[,自]时，v[,绝]＝ㄧv[,相]－v[,自]│≠0，方向向东，即飞机相对太阳向东运动，太阳则相对飞机向西运动，在此情况中，机上飞行员显然能看到地面上所习惯的“日落西山”的自然景色。所不同的是，由于此时v[,绝]＜v[,自]，故飞机上看到的落日速度比较缓慢，使机上人员可从容领略“夕阳余辉”的美景。
另外，当飞机沿纬线以v[,相]的速度向东飞行时，飞机相对太阳的速度v[,绝]＝v[,相]＋v[,自]，方向向东，这时，机上人员总能看到旭日东升的壮观，由于此时v[,绝]＞v[,自]，因此，与地面上看到的情景相比，机上看到的日出速度当然要快一些。
3 摩天大楼“倒塌”了！？
我国南方某市的一天下午，市中心行人拥挤，人们偶然抬头，突然发现在建的一幢超高层建筑，正在慢慢“倾倒”，于是惊呼“楼要倒了！”，结果引起数千人奔逃，混乱的交通好久才得以恢复。当然，高楼并未倒塌。“楼要倒了”的错觉原来也是相对运动效果引起的。
据称，那天该市天气晴朗，但风力较大，天上云彩飘移速度很快。以开阔的天空为背景的超高层建筑，其旁边没有别的固定参照物，只有快速运动的浮云经过，行人在仓促的抬头仰望中，误将白云看作是“固定不动”的，因此以白云为参照物，得到了大楼相对白云做反向运动的感觉，因而就得到“楼要倒了”的错觉。其实，相对大地高楼并无移动，当然“倒塌”就无从谈起了。此例说明，同一物体的运动状态因所选参照系不同而不同。在分析具体物理问题时，必须选择合适的参照系。
在日常生活和自然现象中，相对运动的实例还很多，如：高速行驶的汽车车窗上的雨迹总是偏向斜后方的；闷热的夏季火车一开动，车厢内顿时凉风四起……。作为物理教师，只要多做有心人，多作资料搜集，就能将实例有机地结合到课堂教学中去。这样对帮助学生理解理论教学内容，进而培养学生热爱自然，观察自然，探索自然的良好品质也是十分有益的。