质点运动学参考系探析
概要：参考系是指在研究物体运动时，被选作参考物的物体或物体群。它分为惯性参考系和非惯性参考系，质点运动学问题一般多是对惯性参考系而言的。参考系作为一种工具，在质点运动学问题的描述中起着重要的作用
在研究物体的运动时，要根据物体的性质、计算和处理上的方便与否来选取适当的参考系，在题意和问题允许的情况下，必须选取使问题简化的参考系。
一、参考系
1.宇宙万物都在不停的运动着
我们说房子是静止的，这是以地面为标准来看房子的缘故，如果以太阳为标准来看房子，它是以每秒29.8千米的速度跟着太阳运动。太阳也不是静止不动的，它带着八大行星及众多小星在银河系遨游，整个银河系也是在巨大的宇宙空间中飘荡着。自然界没有绝对静止的物体，一切物体都在不停的运动着，这就是运动的绝对性。所谓“地日”八万里指的就是这个意思，“坐地”看起来是的静止的，但是又“日行”八万里，这是因为地球每日自转一周，即坐着的人也跟着地球自转了一周，这说明空间万物都在不停地运动。
既然宇宙万物都在不停地运动，为什么我们却说有的物体是运动的，有的物体是静止的呢？原来，人们在认识物体时总是相对于另一个物体来认识的，否则就没有实际意义，这便是机械运动的相对性。例如我们坐在行使的客车里，会看到车窗外的房屋、树木在不断的后退，而车内的物体却静止不动，其实这时我们是把这些物体都相对与客车的位置是否有变化来认识的。所以当我们在认识某物体的位置时总是指这个物体相对于另一个物体的位置而言的，孤立的讲某个物体的位置变化是没有确定意义的。
因此，运动即是绝对的又是相对的。为了描述一个物体的运动情形，必须选择另一个运动物体或几个相互保持静止的物体群作为参考系。只有先确定了参考物，才能明确地表示被研究物体的运动情形。研究物体运动时被选作参考物的物体或物体群，称为参考系。
2.参考系的分类
在经典力学中，参考系分为惯性参考系和非惯性参考系。在研究质点运动学问题时，一般都是对惯性参考系而言的，对于非惯性参考系的问题，常常要引入非惯性力加以讨论。
惯性参考系是指牛顿运动定律成立的参考系。要判断一个参考系是否为惯性参考系，最根本的方法是根据观察和实验，判断牛顿运动定律在该参考系中是否成立。问题分析：当你和你的同伴从平台跳下，以地面为参考系，做匀加速运动。由于重力作用，所以做匀加速运动，这是符合牛顿运动定律的，因此地面参考系是惯性参考系。在地球上，通常是相对于地面参考系来研究物体运动的，伽利略的理想实验就是很好的例子。相对于地面做匀速直线运动的参考系也是惯性参考系。例如伽利略在相对于地面做匀速直线运动的船舱里进行的力学实验和观测，与地面上的力学实验和观测结果没有差异，也就是说相对于地面作匀速直线运动的参考系是惯性参考系。
牛顿运动定律不成立的参考系是非惯性参考系。相对于地面作变速直线运动的参考系也是非惯性参考系。问题分析：当你和你的同伴从平台跳下，如果以自身为参考系，参考系相对于地面作加速运动，而我们观察到的现象是，同伴相对自己是静止的，它应该不受任何力的作用，然而他却受重力的作用。同时也说明了非惯性参考系中牛顿运动定律不再成立。
3.选取参考系的必要性
一个物体的运动，在不同的参考系看来，它的运动的描述就有不同。也就是说一个物体的运动，必须是相对于其他物体而言的，否则就没有任何意义，因此，为了描述一个物体的运动情形，必须选取参考系，只有选取了参考系，才能明确地表示被研究物体的运动情形，就是选取参考系的必要性。例如，选取地面作为参考系，认为房子是静止的，若选取太阳为参考系，认为房子是运动的。有如站在地面上的人，看到的树木是静止的，坐在行使的火车上的乘客看到树木是运动的。
二、选取参考系的方法
在描述质点如何运动的问题中，也仅仅是在描述这样的问题中，参考系原则上是可以任意选取的。对于物体的同一个运动，选取不同的参考系，对运动的描述可能是不同的。例如人造地球卫星的运动，若以地球为参考系，运动轨迹是圆或椭圆；若以太阳为参考系，其运动轨迹是以地球公转轨道为轴线的螺旋线。那么，在研究物体运动时，究竟应该选取哪个物体或物体群为参考系呢？
要根据物体的性质、计算和处理上的方便来决定。在上述人造地球卫星的例子中，显然选取地球中心作参考系比选取太阳作参考系要方便的多，结论也要简洁的多。
在题意和问题性质允许的情况下，可以选取使问题佳话的参考系。在不作特殊说明的情况下，研究地面上物体的运动时，选取地面或地面上静止的物体作为参考系是很方便的。
三、物理现象的描述与参考系的关系
很多物理现象的描述与参考系的选取是密切相关的。一个力做功的大小、正负与参考系的选取有关。一辆汽车在水平轨道上沿直线匀速行使，汽车内水平轨道上有一个盒子，乘客用水平推力F推着盒子，相对地板向前运动，在以地面为参考系时，F的功W等于FS，若一汽车为参考系，F的功W等于F的大小与盒子相对与汽车位移的大小S积。
F的功的这两种表述都是有意义的，如果准备在地面坐标系中应用动能定理，对盒子作动力学分析，那么应该在地面坐标系中计算或表述F的功；如果准备在汽车坐标系中应用动能道理定理，对盒子作动力学分析，就要在汽车坐标系中计算或表述F的功。从本例可以得出结论：在讨论运动学问题时，可以按照方便与否自由选取参考系，但是在动力学问题中，便没有这种自由选择的权利了。
综上所述，参考系是指在研究物体运动时，被选作参考物的物体或物体群。它分为惯性参考系和非惯性参考系，质点运动学问题一般多是对惯性参考系而言的。参考系作为一种工具，在质点运动学问题的描述中起着重要的作用。
参考文献：
[1]黄月霞，钟亮佩.物理学（上册）力学.华南理工大学出版社.2018.12.02 [2]邓发金编.大学物理学——力学.科学出版社.2018.02.02
质点运动学参考系探析
