课堂探究

　　一、对惯性系和非惯性系的认识

　　1．惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系称为惯性参考系。牛顿定律成立的这个参考系是惯性参考系，相对于这个参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性参考系。

　　2．非惯性系：牛顿定律不能成立的参考系称为非惯性参考系。例如：我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿第二定律，房屋和树木应该受到不为零的合力作用，但事实上没有，也就是牛顿定律不成立，这里的加速车厢就是非惯性参考系。

　　如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系。

　　二、麦克斯韦电磁理论中的电磁波的光速是相对哪个参考系的呢

　　自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后，物理学家们就在思考，这个速度是相对哪一个参考系说的？如果存在一个特殊的参考系O，光对这个参考系的速度是c，另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动，那么在O′中观测到的光速就应该是c－v，如果参考系O′逆着光的传播方向运动，在参考系O′中观测到的光速就应该是c＋v。

　　由于一般物体的运动速度比光速小得多，c＋v和c－v与光速c的差别很小，在19世纪的技术条件下很难直接测量，于是物理学家们设计了许多巧妙的实验，力图测出不同参考系中光速的差别。最著名的一个实验是美籍物理学家迈克耳孙设计的。他把一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，然后使它们发生干涉，如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。但是，这个实验和其他实验表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊，因为它和传统的观念，例如速度合成的法则，是矛盾的。

　　在这样的背景下爱因斯坦建立了狭义相对论的两个基本假设。

　　类型一 惯性参考系和非惯性参考系

【例1】 如图所示，在列车车厢里的光滑水平面上有一个质量为m=5 kg的小球，正随车一起以20 m/s的速度匀速前进，现给小球一个水平向前的F=5 N的拉力作用，求经历10 s时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到的小球的速度分别是多少？