题组一经典时空观和相对论
1．下列说法中正确的是()
A．经典力学适用于任何情况下的任何物体
B．狭义相对论否定了经典力学
C．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D．万有引力定律也适用于强相互作用力
解析：经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，A是错误的；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，B是错误的；量子力学更正确地描述了微观粒子运动的规律性，C是正确的；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，D是错误的．
答案：C
2．下列说法中正确的是()
A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的
B．经典力学在任何情况下都适用
C．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了
D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义
答案：AC
3．下列说法中正确的是()
①当物体运动速度远小于光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有区别；②当物体运动速度接近光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有区别；③当普朗克常量h(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别；④当普朗克常量h(6.63×10－34J·s)不能忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．A．①③B．②④
C．①④D．②③
答案：A
4．下列说法中正确的是()
A．根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的1
2时，引
力将变为原来的4倍
B．按照广义相对论可以知道，当星球质量不变、半径变为原来的1
2时，引力将大于原
来的4倍
C．在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大
D．在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大
解析：只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大；但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大．
答案：AB
5．继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明() A．世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分
B．人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界
C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识
解析：发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题，这是科学研究的基本轨迹．
任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理论”都有一定的局限性，爱因斯坦的相对理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战．
答案：BC
题组二质量的相对论效应
6．下列说法正确的是()
A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
D．上述说法都是错误的
答案：C
7．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化，其原因是()
A．运动中物体无法称量其质量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度的变化而变化
解析：根据狭义相对论m＝
m0
1－v2
c2
，可知在宏观物体的运动中，v?c，所以m变化不
大，而不是因为物体的质量太大或无法测量，也不是因为质量不随速度的变化而变化，正确选项为B.
答案：B
8．当物体的速度v＝0.9c(c为光速)时，物体的质量增大到原质量的__________倍．解析：根据质量与速度的关系，将v＝0.9c代入求得
m ＝m 0
1－(v c )2＝m 01－(0.9c c
)2≈2.29m 0. 答案：2.29
9．在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍。试求此时电子的质量变为静止时的多少倍．
解析：由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系，得
m ＝m 0
1－v 2c 2＝m 01－14＝m 034
＝2m 03＝1.155m 0. 答案：1.155倍
10．为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需要多大的速度？
解析：根据物体质量与其速度的关系
m ＝m 0
1－v 2c 2，有2m 0＝m 01－v 2c 2 . 解得电子运动的速度应为
v ＝3c 2＝32
×3×108 m/s ＝2.60×108 m/s. 答案：2.60×108 m/s
比较相对论时空观和牛顿经典时空观，浅谈科学发展中的肯 定与否定 “天地万物之逆旅，光阴者百代之过客”，人类生存于天地之间，漫步于时间长河，对于时间与空间的思考萦绕于一代又一代人的心头。随着人类文明的发展，人们对时空观的认识也在不断变化，在这其中相对论时空观和牛顿经典时空观是公认的科学史上有很大影响力的时空观，下面我就对这二者进行比较，谈一谈人类科学发展中的“肯定”与“否定”。 首先，从理论基础来看这两个时空观。这两个时空观是建立在不同的理论基础之上的。牛顿的经典时空观是以经典力学为基础建立起来的，爱因斯坦提出的相对论时空观是以光速c不变为理论基础。 其次，从内容来看这两个时空观。由于二者理论基础的不同，这也就决定了这两个时空观内容的截然不同。这就像种下两个种类不同的种子，那最后长出来的东西肯定是不同的。这两个时空观对时间和空间与物质的关系看法不同。牛顿经典时空观是绝对时空观，认为时间和空间与物质及其运动无关，时间坐标系和空间坐标系是完全脱离物质而独立存在的，时间间隔和空间间隔在不同的惯性系中保持不变，即时间空间观念与物质运动状态无关。而相对论时空观认为有物质才有时间和空间，时间和空间与物体的运动状态有关。这两个时空观对时间与空间的关系看法也不同。牛顿经典时空观认为时间和空间彼此无关，独立各自。而相对论时空观则恰恰相反，它认为两个时间在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也会是相
对的，时间和空间不是互相独立的而是彼此不可分解的整体，只有空间和时间联系在一起才有意义，光速c是建立不同惯性系间的时间和空间变换的纽带。 毋庸置疑，事实是唯一的，然而这两个时空观却给出了迥然不同的答案。我们是不是能够肯定一方而否认另一方呢？我认为不能。虽然相对论时空观得到了大多数人的认可，但我们不能否定牛顿经典时空观。它为科学的发展做出了重要的贡献。自十七世纪，牛顿力学不断发展并取得巨大成就，以牛顿力学为基础建立了天体力学和应用力学等等。从地面上的各种物体运动到各种现代化交通工具以及天体的运动，都服从牛顿力学规律，这充分说明了牛顿力学规律的正确性。值得指出的是，牛顿的力学为十八世纪的工业革命及其之后的机器生产准备了科学理论。马克思曾经认为，在十八世纪臻于完善的力学是“大工业的真正科学的基础。”毫无疑问，当时这个“科学的基础”的最主要而且也是最重要的部分是牛顿的力学。牛顿的经典力学体系和他的方法论使物理学在十八、十九世纪期间得以迅速发展，并成为那时理论物理学的纲领或规范。迄至今日，人们关于自然过程的物理认识都可以看作是牛顿思想的一种系统的发展。到十九世纪末，牛顿经典力学在解释新实验事实时遇到了困难。相对论的提出成功的解决了这一问题，揭露了时间和空间某种普遍而新颖的联系，引起了人类时空观的变革，为现代科学技术的发展奠定了牢固的基础。这两个时空观各有其各自的价值，没有谁对谁错，我们不能单纯的肯定与否定。这看似不符合逻辑，但在很多时候我们是不能简单的肯定或否定的，
第七章第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 【学习目标】 1．感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。 2．知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3．了解宇宙起源的大爆炸理论，知道科学真理是相对的，未知世界必将在人类不懈的探索中被揭开更多的谜底。 【课前预习】 一、相对论时空观 1．爱因斯坦两个假设： (1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是_________的; (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_________的。 2．时间延缓效应：如果相当于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt， 则Δt=____________。由于1?(v c )2<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。 3．长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人 测得杆长是l，则l=_________。由于1?(v c )2<1，所以总有l 狭义相对论的时空观 摘要：相对论是近代物理学的两大理论支柱之一，是我们进入大学以来，第一次接触牛顿经典力学以外的新的理论体系。而狭义相对论中的时空观给了我们极大的震撼，让我们明白了牛顿时空观虽然承认时间和空间的客观性但却把时间和空间看作是脱离物质运动而独立存在的，在麦克斯韦方程建立以及明确了光速的恒定性和最大性后这种把时间和空间看做作是脱离物质运动而独立存在的观点显然不再正确。本文阐述了在狭义相对论下的时空观。通过分析牛顿时空观的不足之处来说明狭义相对论下时空观存在的道理，并最终阐释狭义相对论的本质即其本质是在牛顿的三维绝对空间上再加一维时间。通过本文的论述，有利于理解狭义相对论神奇而平凡的一面。 关键词：相对论光速不变洛伦兹变换式 牛顿在他的《原理》一书中写道：“绝对空间就其本质而言，是不依赖于任何外界事物的，它永远是相同的，不变的。绝对的、真实的数学时间，就其自身及其本质而言，是永远均匀地流动的，不依赖于任何外界事物。” 牛顿绝对时空观承认时间和空间的客观性，但却把时间和空间看作是脱离物质运动而独立存在的。这在当时引起了一些科学家和哲学家的思考和怀疑。在十九世纪中叶麦克斯韦方程建立后，绝对时空观更面临着严峻的局面。按麦氏方程中存在的常数c，表明电磁波或光在真空中沿各个方向均以不变的速度c传播，这与伽利略相对性原理发生了矛盾。因为据绝对时空观的经典速度合成定理，在不同惯性系中，光的传播速度不应在各个方向均相同。似乎只有在某一特殊参考系中，麦氏方程才取标准形式，光才在各个方向上均以c传播。人们曾引入“以太”假设，认为“以太”充满宇宙空间并绝对静止，光是“以太”介质中的波动。相应于“以太”的惯性系就是那个特殊参考系。然而，尽管人们赋予“以太”各种各样光怪陆离的性质，仍难自圆其说。且反复实验的结果都是否定的，根本发现不了“以太风”。相反却证明了在任何惯性系中光速都是不变的。迈克尔孙和莫雷原本是千方百计地想观察地球的运动对光的传播速度的影响，他们还认为光是一种在被称为“以太”的媒质中运动的波。这样，它的表现就应该像在池塘表面上运动的水波那样。 当时人们还认为，地球也是在穿过这种以太媒质运动的，很像是一艘在水面上运动的小船。在小船上的乘客看来，小船激起的涟漪朝着小船运动方向向前扩展的速度，要比涟漪向后扩展的速度慢一些，因为在前一种情况下要从涟漪原来的速度减去小船的速度，而在后一种情况下却要把两个速度相加起来。我们把这叫做速度相加定理。但是，迈克耳孙和莫雷却发现，地球的运动对光速根本没有任何影响，不管在哪一个方向上，光的速度都是完全相等的。这个奇怪的结果使他们产生了一种想法：也许是非常不巧，在他们进行那个实验的时候， §14.1 ～14. 3 14.1 狭义相对论的两条基本原理为相对性原理；光速不变原理。 14.2 s ′系相对s 系以速率v=0.8c ( c 为真空中的光速）作匀速直线运动，在S 中观测一事件发生在m x s t 8103,1×==处，在s ′系中测得该事件的时空坐标分别为 t =′x 1×108 m 。 分析：洛伦兹变换公式：)t x (x v ?=′γ，)x c t (t 2v ?=′γ其中γ=，v =β。 14.3 两个电子沿相反方向飞离一个放射性样品，每个电子相对于样品的速度大小为0.67c ， 则两个电子的相对速度大小为：【C 】 （A ）0.67c （B ）1.34c （C ）0.92c （D ）c 分析：设两电子分别为a 、b ，如图所示：令样品为相对静止参考系S ， 则电子a 相对于S 系的速度为v a = -0.67c （注意负号）。令电子b 的参考系为 动系S '（电子b 相对于参考系S '静止），则S '系相对于S 系的速度v =0.67c 。 求两个电子的相对速度即为求S '系中观察电子a 的速度v'a 的大小。 根据洛伦兹速度变换公式可以得到：a a a v c v v 21v v ??=′，代入已知量可求v'a ，取|v'a |得答案C 。 本题主要考察两个惯性系的选取，并注意速度的方向（正负） 。本题还可选择电子a 为相对静止参考系S ，令样品为动系S '（此时，电子b 相对于参考系S '的速度为v'b = 0.67c ）。那么S '系相对于S 系的速度v =0.67c ，求两个电子的相对速度即为求S 系中观察电子b 的速度v b 的大小。 14.4 两个惯性系存在接近光速的相对运动，相对速率为u （其中u 为正值） ，根据狭义相对论，在相对运动方向上的坐标满足洛仑兹变换，下列不可能的是：【D 】 （A ）221c u /)ut x (x ??=′； （B ）22 1c u /)ut x (x ?+=′ （C ）221c u /)t u x (x ?′+′=； （D ）ut x x +=′ 分析：既然坐标满足洛仑兹变换（接近光速的运动），则公式中必然含有22 11c v ?=γ，很明显答案A 、B 、C 均为洛仑兹坐标变换的公式，答案D 为伽利略变换的公式。此题的迷惑性在于（B ），因为S '和S 系的选取是相对的，只是习惯上将动系选为S '，仅仅是字母符号的不同。 14.5 设想从某一惯性系K 系的坐标原点O 沿X 方向发射一光波，在K 系中测得光速u x =c ，则光对另一个惯性系K'系的速度u'x 应为【D 】 牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观的统一 殷业 上海师范大学信息与机电工程学院，上海200234 yinye@https://www.doczj.com/doc/df17301816.html, 摘要：时空观是物理理论的基石，也是自然科学的基石，因为存在的一切都发生在一定的时间和空间之中。从亚里士多德、伽利略、牛顿到爱因斯坦，每一个伟大的物理学家都对时间和空间是什么做过回答，但这些答案还不是最终答案。本文分析了历史上存在的各种时空观，从笛卡尔的“物质空间”思想出发重新审视了时间和空间的关系，通过分析说明：不同的“物质空间”中时间是不同的，从而获得了对牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观的统一认识。 关键词：虚空；物质空间；绝对时间；相对时间；相对论；牛顿力学 中图分类号：O412 文献标识码：A 0. 引言 时空观是物理理论的基石，也是自然科学的基石，因为存在的一切都发生在一定的时间和空间之中。从亚里士多德、伽利略、牛顿[1]到爱因斯坦[2]，每一个伟大的物理学家都对时间和空间是什么做过回答，但他们的答案还不是最终答案。以上四位伟人对时空的答案，有一个共同点，就是时间和空间只有一种，但以笛卡尔的“物质空间”思想[3,4,14]为基础的时空观中，时间和空间可分成两种，一种是“虚空”中的时间和空间，对应“牛顿的绝对时间和空间”，另一种是“物质空间”中的时间和空间，对应“爱因斯坦的相对时间和空间”，前一种时间是空间无关的，后一种时间是空间相关的，所以在“物质空间时空观”中牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对时空观可以得到了统一，下面我们对这两种不同的时间和空间的有关问题进行讨论。 1. 虚空和物质空间 牛顿在“原理”[1]中阐述的绝对空间是：“绝对空间就其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动”。牛顿的绝对空间有如下几层含义，（1）绝对空间是真实感知空间的抽象；我们可以设想一个玻璃围成的正方体，假设这个玻璃正方体相对绝对空间静止，将玻 试论经典时空观与现代时空观的区别 摘要：比较经典时空观与现代时空观的区别，阐述相对论时空观的主要思想。 关键字：时空观、经典时空观、现代时空观、相对论时空观 “天地者万物之逆旅，光阴者百代之过客。”人类生存于天地之间，漫步于时间长河，对空间与时间的思考萦绕于一代又一代人的心头，从哲学家、诗人、到物理学家，古今先哲们对其不断探索与完善，逐步形成与发展着人类的“时空观”。 一、：纵观人类文明，时空观大致经历了三个时期： 1时空观的变革历程古老“天圆地方”的平直时空观； 2以“经典力学”为理论基础的绝对时空观； 3以“光速不变”为理论基础上的相对论时空观； 近年来又有人提出了以“混沌分形”为理论基础上的新时空观，建立在“光速改变”（VSL）新理论基础上的时空观和建立在“超弦理论”基础上的多维时空。其中，目前人们公认的在科学史上比较有影响的是牛顿的绝对时空观（即经典时空观）和爱因斯坦的相对论时空观（即现代时空观）。下面我们将在由经典时空观向现代时空观的变革中比较二者的区别 二、经典时空观与现代时空观的区别： 经典时空观： 李白诗句有云：天地者万物之逆旅，光阴者百代之过客。他便把时间与空间看作是两个互不关联的概念。在李白之前和之后，许多人也持和他一样的观点——绝对时空观。在中国，后期墨家提出了“宇”、“久”作为空间、时间概念，并认识到空间、时间与具体实物运动的一定联系及空间与时间的一定联系。在西方，古希腊德谟克利特认为空间是物质运动的条件，亚里士多德用“地点”概念来表示空间，认为时间是连续的。近代时空观是在自然科学发展的基础上形成的，哥白尼的日心说指出地球的运动不会破坏地球上的自然秩序，这一见解是揭示空间均匀性的重大的步骤。由于地球是运动的，地面上物体的运动并不是指向宇宙中某一不动的地点，而是指向地球。这样相对运动的观点便呈现出来。伽利略对哥白尼体系作了科学的论证，它认为，因为物体运动的相对性，所以描述物体运动是必须选定一个对比物，物理学称为参考物，并提出了"力学相对性原理"，指出力学规律在所有的惯性系中都相同，并且给出了两个惯性系之间的时空坐标的变换关系。牛顿总结了前人的成就，建立了牛顿力学的理论体系。在牛顿的力学方程中，没有宇宙中心的地位，任何时空点都是相对的。从不同的参考系看，描述物体运动的运动学量(如坐标，速度，位移，轨迹等等)，可以不同，但在两个以速度v沿x轴方向有相对运动的参考系S(x，y，z，t)，S/(x/，y/，z/，t/) 描述同一物理事件的时空坐标满足伽利略变换。 这个时空变换集中的反映了牛顿的时空观，牛顿的时空观的主要观点是: 1承认时间，空间客观存在； 2时间和空间与物质及其运动无关。时间坐标系和空间坐标系是完全脱离物质而独立存在的;时间间隔与空间间隔在不同的惯性系中保持不变;即时间，空间观念与物质运动状态无关； 3 时间和空间彼此无关，各自独立存在。 经典时空观与相对论时空观-例题解析 1.着重体会从绝对时空观无法解释光的传播问题出发，进而提出狭义相对论假设的思想方法. 2.相对论的两个假设无法直接加以验证，但是由它导出的一系列结论却都与实验相符，这种“间接证明”的方法是科学研究中的重要方法. 3.要紧抓住“两个假设”，只有深入理解了这两个“假设”的含义，才能理解应用其他各种相对论效应. 4.要重新科学理解“同时”的含义. 5.注意相对论中各种效应都是相互的. 例如，一把尺子相对地面高速运动时，地面上的观察者测量到尺子的长度变短.如果尺子在地面上不动,而观察者相对于地面高速运动，那么观察者测量到的尺子长度和观察者不运动时相比仍然是缩短的. 时钟变慢的效应也有和“尺缩效应”一样的性质. 6.注意“运动的尺子变短”只是在运动方向上变短，其他方向不变. 【例1】 一只完全密封而不透明的船正在静水中匀速航行，船内的人能够感知船在运动吗？能够测量船的航行速度吗？如果船是加速航行呢？ 解析：如果船是真正的匀速航行，船内的人又无法以船外的物体为参考系，则无法感知船在运动，更不可能测量船的速度.这是伽利略相对性原理的要求. 如果船是加速或减速航行，船内的人完全可以利用牛顿定律测量出船的加速度，但依然不能测量出船的瞬时速度. 【例2】 根据相对论理论，一尺子相对参考系静止时长为L 0，当它以速度v 匀 速运动时，参考系上的人测量该尺子的长度将变为： L=L 0221c v (c 是光在真空中的传播速度) (5－1) 称之为长度收缩公式. 如果一观察者测得运动着的米尺长0.5 m(米尺的静止长度为1 m)，问此尺以多大的速度接近观察者？ 解析：由L=L 0221c v -得： v=c 20 2 1L L -=c 25.01-=0.87c=2.6×108 m/s. 【例3】 根据相对论理论,如果地球上的时钟走过了时间t ，那么，以速度v 相对地球运动的飞船上的时钟走过的时间t ′则为： t ′=t 221c v -(c 是光在真空中的传播速度) (5－ 2) 通俗地说，就是运动的时钟变慢了. 设想飞船在甲乙两个相距8亿千米的星球间飞行，甲、乙两星球及飞船上各有一个巨大的钟，现飞船相对星球以0.75c(c 是真空中光速)的速度离开甲星球飞向乙星球，飞船经过甲星球时，三个钟均调整指到3：00整.问，当飞船飞过乙星球的瞬间，飞船内的人看到乙星球上的钟和飞船上的钟分别指向多少？ 解析：在乙星球的观察者看来，飞船飞越的时间为： t=8 11 100.375.0108??? s ≈3600 s=1 h 所以，飞船内的人看到乙星球上的时钟指到4：00整. 在飞船内的观察者看来，飞船飞越的时间t ′则为： t ′=t 221c v -=1×275.01-h=0.66 h ≈40 min 所以，飞船内的人看到飞船上的钟指到3：40. 如果飞船上的人测量两星球间的距离，将是： 第六章 狭义相对论 1. 证明牛顿定律在伽利略交换下是协变的，麦克斯韦方程在伽利略变换下不是协变的。 证明：根据题意，不妨分别取固着于两参考系的直角坐标系，且令t =0时，两坐标系对应 轴重合，计时开始后，'∑系沿Σ系的x 轴以速度v 作直线运动，根据伽利略变换有： vt x x -='，y y ='，z z ='，t t =' 1）牛顿定律在伽利略变换下是协变的 以牛顿第二定律22dt d m x F =为例，在Σ系下，22dt d m x F = Θvt x x -='，y y ='，z z ='，t t =' ∴'' ']',','[],,[222 22222F x x F ==+===dt d m dt z y vt x d m dt z y x d m dt d m 可见在'∑系中牛顿定律有相同的形式2 2' 'dt d m x F =，所以牛顿定律在伽利略变换下 是协变的。 2）麦克斯韦方程在伽利略变换下不是协变的 以真空中的麦氏方程t ?-?=??/B E 为例，设有一正电荷q 位于O 点并随'∑系运动，在'∑系中q 是静止的，故: r r q e E 2 0' 4'πε= ， （1） 0'=B （2） 于是方程'/'''t ?-?=??B E 成立，将（1）写成直角分量形式： ])'''(')'''(')'''('[4''2 3 222'23222'2 32220z y x z y x z z y x y z y x x q e e e E ++++++++=πε 由伽利略变换关系，在∑中有： y x z y vt x y z y vt x vt x q e e E 2 3 2222 32220])[(])[({4++-+++--= πε }])[(2 3 222z z y vt x z e ++-+ ])()()[(])[(3 42 3 2220z y x y vt x vt x z z y z y vt x q e e e E --++-+-++--=??∴πε 可见E ??不恒为零。又在Σ系中观察，q 以速度x v e 运动，故产生电流x qv e J =，于是 有磁场R qv πμ2/0=B ，（R 是场点到x 轴的距离）此时，有0/=??-t B ，于是 t ?-?≠??/B E 故麦克斯韦方程在伽利略变换下不是协变的。 2. 设有两根互相平行的尺，在各自静止的参考系中的长度均为,它们以相同速率v 相对于某一参考系运动,但运动方向相反,且平行于尺子。求站在一根尺上测量另一根尺的长度。 解：根据相对论速度交换公式可得2'∑系相对于1'∑的速度大小是 )/1/(2'22c v v v += （1） 一堂哲学课——时空观 所谓时空观，就是有关时间和空间的物理性质的认识，时空观同自然的发展和哲学的发展是密切相关的。时间和空间是哲学的基本概念，也是物理学的基本概念。 本节课一开始，刘老师便讲述了牛顿的绝对时空观，绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有独立性。认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关。在牛顿看来，时间与空间就像一个空盒子，里面装着各种各样的物体。 时空观被定义在很多个层面上，物理意义上的时空，马克思主义哲学意义上时空，亦或是生命体验中的时空。 物理意义上时空观指的是广义相对论，是阿尔伯特·爱因斯坦于1915年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中广义相对论理论研究的最高水平。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立的。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相关系，其关系方式即是爱因斯坦的引力场方程。 马克思哲学意义上的时空观可以分为辩证的自然时空观和社会时空观两个部分。社会时空观是马克思哲学时空观的重要维度，它具有属人性，历史性，可转换性，价值性等一系列新的特点，是我们透视社会历史现象的新视角，新方法，具有重要的理论意义及 实践意义。 至于生命体验中的时空。我们能感受到时间一分一秒流逝，能感受到我们所处的位置。时间和空间都有着我们所熟知的单位度量。 分开来说时间和空间各自的意义，时间是指物质运动的持续性，顺序性，特点是一维性。空间是指物质运动的广延性、伸张性、特点是三维性。所谓持续性，是指任何一个物体的运动都要经历一个或长或短的过程。至于一维性，对于时间的度量只需要一个度量，我们共用这个单位去度量时间，一秒，一分钟，一小时，一天。时间只有一个方向，不可逆转，时光一去不回头，没有所谓的后悔药。穿越，只出现在小说电视里。过去所发生的一切我们都无可奈何。空间具有三维性，三维表现为具有一定的体积。一定的位置。拿数学上的坐标系来说。三维表现在长，宽，高，单位长度，坐标位置。时间和空间都离不开物质的运动。爱因斯坦说，物质消失，时间和空间就消失，物质存在，时间和空间就存在。 时间和空间是存在某种辩证关系的，例如我们定义地球自转一圈为一天，公转一圈为有一年，时间的定义取决于空间天体的运动。定义距离单位光年是指光行走一年的路程。 随着课程的进行，引入了一个新的名词，时间流速，相对论已经有了很好的解释。当速度越接近光速，时间越长，空间越短。光速是速度的极限。速度达到光速，时间和空间停止。速度也是相对运动的，当速度越接近光速，时间流逝得越慢，相当于速度来说，就成了慢镜头了，相对速度变慢，但永远无法超越光速，超越光速 物理与哲学时空观 摘要：关于时空观念，在很早以前就被前辈所注意，很多的哲学家、思想家都在思考、讨论这个问题。康德、普里戈金、佛家、《周易》等，中外各家都有自己的看法，观点有同也有异。但是，都可以称之为“哲学”的时空观，与现物理学所阐述的“经典时空观”或“相对论时空观”大不同。哲学的博大精深，注定了“哲学中的时空观”会更神秘神奇，更能吸引眼球，从而引发人们对于时间与空间的无限遐想，随着对时空的认识不断深入，人们对物理学的时空也有新的理解和猜测。 关键词：哲学、物理、时空观 当今社会，随着科技的发展，人们对于科学普遍重视，但对哲学，重视程度明显不比对于科学技术。在科学理论上，时间与空间观念大致可分为两种：牛顿的经典时空观、爱因斯坦的相对论时空观。但是在哲学体系中，时空观念就有很多很复杂的学说。 1.物理时空观 1.1 经典时空观与相对论时空观 一个明显的概念是一个数轴，然而一维空间不是数轴。可以是一条在二维平面上的曲线，只要我们在这条线上找个原点，确定一下量度，这也是一个不折不扣的一维空间，身在这个空间上的东西不会察觉到这条曲线其实是处于一个二维空间中。同理，这条曲线可以处于更多维空间，而身在其中的人却一无所知。而我们所处的三维空间可能和那条线遭遇相同，我们对自己所于三维空间深信不疑，但有可能这个三维空间可能扭曲在更多维的空间中，我们能否能理解那个更多维的空间呢？ 经典力学时空观指引下的牛顿力学理论有局限性，它只能适用于宏观物体的低速运动，对于微观世界和高速运动的物体则无能为力。微观粒子遵从量子力学规律，高速运动遵从相对论力学规律，它是以相对论的时空观为指导的。爱因斯坦相对论的思想本质上是同科学已经显现出来的规律和总趋势相一致的（1）。相对论力学具有更广泛的实际意义，它把经典力学作为物体运动速度远小于光速的一种特例包括在内，所以相对论力学与经典力学是相辅相成的，而不是相互矛 何谓绝对时空观？ 答绝对时间是指时间的量度和参考系无关，绝对空间是指长度的量度与参考系无关。这也就是说，同样两点间的距离或同样的前后两个事件之间的时间，无论在哪个惯性系中测量都是一样的。经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量（如坐标、速度）可通过伽利略变换而互相联系。这就是力学相对性原理：一切力学规律在伽利略变换下是不变的。绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着”；“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。这就是牛顿力学的“绝对时间”和“绝对空间”。这种观点统治了人类几千年。直至今日，绝对时空观念还在影响着人类的思维方式和哲学观点，因为绝对时空世界是低速世界，几乎我们全部物理理论都是建立在“低速世界”基础之上的，这是谁也无法改变的事实。在这一“现实”面前，物理学家们所要做的事就是把主观与“客观”的距离缩小到最小范围。 经典力学总结出哪三大守恒定律？请举出实例并分析之。 答经典力学总结出动量守恒定律，机械能守恒定律以及角动量守恒定律。 1.动量守恒定律的实例就是火箭的。根据动量守恒定律，当一个系统向后高速射出一个小物体时，该系统就会获得与小物体相同大小但方向相反的动量，即系统将获得向前的速度。火箭喷管收缩后的燃烧室中气体分子和燃烧室壁的碰撞次数，单位时间单位面积是没有收缩的左图中燃烧室壁的4倍。但是在喷气口上则没有碰撞，这么多的碰撞的动量是来自于哪里呢？很显然，一个气体分子的每一次碰撞必然是遵守动量守恒定律的。采用喷管扩张的技术来对燃气分子的热能进行第二次利用则是变成很简单的问题了。并且会增加火箭燃料的有效利用率。 2.机械能守恒定律的实例就是如无外力做功或外力做功之和为零，系统内又只有保守力（见势能）做功时，则系统的机械能（动能与势能之和）保持不变。外力做功为零，表明没有从外界输入机械功；只有保守力做功，即只有动能和势能的转化，而无机械能转化为其他能，符合这两条件的机械能守恒对一切惯性参考系都成立。这个定律的简化说法为：质点（或质点系）在势场中运动时，其动能和势能的和保持不变；或称物体在重力场中运动时动能和势能之和不变。这一说法隐含可以忽略不计产生势力场的物体（如地球）的动能的变化。这只能在一些特殊的惯性参考系如地球参考系中才成立。如图所示，若不考录一切阻力与能量损失，滚摆只受重力作用，在此理想情况下，重力势能与动能相互转化，而机械能不变，滚摆将不断上下运动3角动量守恒定律的实例就是航天器的运动以及跳水运动员在空中把身体卷曲起来使转动加快，而在接近水面时又将身体放开使转速减少，这些都是角动量守恒定律的应用。 何谓对称性？三大守恒定律分别对应着哪种对称性？为什么守恒定律比牛顿定律适用范围广泛的多？ 答 1.有一类对称性是指某个系统或具体事物的对称性，另一种对称性是物理定律的对称性，它是指经过一定的操作后，物理定律的形式保持不变，因此也称不变性，一个物体包含若干等同部分，对应部分相等。不改变物体内部任何两点间的距离而使物体复原的操作，称为对称性操作，物理学中也称反演操作。对称性操作主要有：旋转、反映、反演、象转、反转；旋转和反映是基本对称操作。完成对称操作的几何元素称为对称元素，包括：旋转轴，镜面，对称中心，映轴，反轴；对称轴和对称面是基本的对称元素。2.对应于空间均匀性有动量守恒定律，对应于空间的各项同性有角动量守恒定律，对应于时间平移对称性有能量守恒定律。3.因为牛顿运动定律一般只适 建立牛顿绝对时空观的原理 周家军(zhoujiajun) （家庭地址:广西陆川县良田镇冯杏村22队,邮编:537717） （目前所在地:广西柳州市,电子邮箱:zhoujiajun198204@https://www.doczj.com/doc/df17301816.html, ） 摘要:从麦克斯韦电磁方程组里电磁波传播速度的计算公式里,可推论出光线传播速度所选取的对应参照系问题及其两个重要性质,即光速不变原理和光速惯性原理.根据伽利略坐标变换,就可以建立牛顿绝对时空观.以太是存在的,人们已经在一些实验中部分证明了.只要人们稍微改变一下思维方式,就可以在实验中完完全全的证明出以太.通过对几个著名的以太实验的剖析,能够使大家很清楚的认识到,为什么有的实验相对于以太的运动可测,而有的实验相对于以太的运动不可测的原因. 关键词:电磁波传播速度计算公式; 传播介质;光速不变原理;光速惯性原理;光速度速度叠加原理;斐索流水实验;霍克实验;“迈克尔逊—莫雷”光干涉实验;时间测量. 1.光线传播速度的相对参照系 从麦克斯韦电磁方程组里可得出电磁波的速度v = 1 ,光线是电磁波的一种,光线的传播速度是以哪 个物体为参照系呢？由这一式子里可看出,如果光线是在玻璃里,根据玻璃的磁导率μ玻璃和电容率ε玻璃,可以得出玻璃里的电磁波的速度c 玻璃,它以玻璃为参照系;如果光线是在水里,根据水的磁导率μ水和电容率ε水,可以得出水里的电磁波的速度c 水,它以水为参照系;如果光线是在空气里,根据空气的磁导率μ空气和电容率ε空气,可以得出空气里的电磁波的速度c 空气,它以空气为参照系.如果光线是在真空时,根据真空的磁导率μ真空和电容率ε真空,可以得出真空里的光传播速度c 真空,它就是以真空为参照系. 2.光线传播的重要性质 从麦克斯韦电磁波方程组里,可得出光线传播速度的两个重要性质. 2. 1、光线传播重要性质之一,——光速不变原理. 光线在哪个介质里传播,光速度就是以哪个介质为参照系.在介质里的光线传播速度是一个恒定值,是由该介质的性质所决定的,它只与该介质的磁导率μ、电容率ε有关,与光源运动状态无关,与接收者的运动状态也无关,这即是光速不变原理. 2. 2、光线传播重要性质之二,——光速惯性原理. 从光线在介质里的传播速度是一个恒定值里可看出,光线传播没有惯性,与发射体（光源）运动状态无关,不遵循惯性速度叠加原理.光线没有质量,所以光线传播不具有惯性. 3.光速度的速度叠加原理 光速度的速度叠加原理和光速惯性原理并不相同.光速惯性原理是说光线传播没有惯性,不遵循惯性速度叠加,是针对发射体（光源）而言.光速度的速度叠加原理用于伽利略坐标变换,是针对接收者而言.光线在介质里传播,随介质的运动而运动.当观察者和介质在相同惯性系时,观察者观测到的光速度为介质里的光线传播速度.光线传播没有惯性,与发射体（光源）运动状态无关;当观察者和介质不在同一个惯性系时,对于观察者来说,光线传播速度遵循伽利略坐标变换,测量的光速度呈现出速度叠加性,他测量到的光速度为介质运动速度矢量和介质里的光速度矢量之和,即为速度叠加原理. 4.以太、绝对静止参照系的存在形式 讨论以太、绝对静止参照系的存在形式,需要建立一个简单的宇宙模型,即:宇宙无形,空间有形;宇宙无边,空间有边;宇宙无限,空间有限. 宇宙是个无限大的体积,没有形状,没有边界,也没有运动,宇宙就是绝对静止物,任何一点都可作为宇 第五章经典力学与物理学的革命 第一节经典力学的成就与局限性 一．三维目标 知识与技能： 1、了解经典力学的发展历程，知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献． 2、了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响． 3、认识经典力学的局限性和适用范围． 过程与方法： 1、通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事，把科学成果的发现过程展现为历史的过程，即科学家是如何在前人的基础上进行求索的，并将科学家的成果放在特定的历史背景下去评说，从而让学生认识到历史的发展有承接，科学的发展也一样． 2、通过收集和交流具体实例来分析说明经典力学所取得的伟大成就，培养学生就某一观点或结论收集例证的能力，培养学生获取和评价信息的能力． 情感、态度与价值观： 1、通过查阅、对比、举例、交流等学习活动，培养学生自主学习的习惯和善于合作的意识；培养学生懂得尊重他人的成果、与他人合作交流的能力与习惯，锻炼学生在讨论与交流活动中敢于发表自己的感想和看法，共同探讨交流与合作学习的途径． 2、使学生领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义，体会经典力学在人类认识自然以及物理学发展中的重要影响和作用． 二、教学重难点：1、经典力学的概念，研究范围。 2、经典力学渗透的研究方法。 三、教学过程： 1．经典力学的发展历程 对经典力学发展历程的了解建议以学生自主学习和合作学习为主，可以课前将学生分小组，布置学生收集、查阅相关资料和书籍，有条件的学校可以组织学生上网查找经典力学发展史，在学生自学及小组内相互交流的基础上引导学生理清经典力学理论形成和发展的线索，建议从以下几个角度进行提炼和分析： (1)领会力学体系得以建立的原因． 一是生产需要的推动，由于生产实践为力学研究提出了许多问题，促使许多科学家投身于地上物体运动和天体运动规律的研究． 二是科学自身发展的要求． 三是因为力学研究的对象最简单，它抛开物体的物理、化学性质，只把它作为一个有质量的实体来看待，研究物体间的作用及在这一作用下物体运动状态的变化规律．四是有一系列科学家为牛顿力学的建立打下了重要的科学基础，特别是：(1)伽利略发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想．②“天空的立法者”——开普勒所发现的行星运动三定律，是牛顿万有引力定律产生的最重要的前提． §2、2 伽利略变换 2、2、1 伽利略变换 （1） 如图2-2-1所示，有两个惯性 系S 和'S ， 它们对应的坐标轴相互平行， 且 当t ='t =0时，两系的坐标原点'O 与O 重合。 设'S 系相对于S 系沿x 轴正方向以速度u 运动。 同一质点P 在某一时刻在S 系中的时空坐标为(x,y,z,t)，在S`系中的时空坐标为 （x’,y’,z’,t’） ???????===-=t t z z y y ut x x '''' 即 t u r r -='或 (1) x=x ' ＋ｕｔ ??? ??==='''t t z z y y 即 t u r r +=' 式（1）称为伽利略时空坐标变换公式。 （２）将式（1）中的空间坐标分别对时间求一次导数得： 图2-2-1 ??? ??? ???====-=-==z z y y x x v dt dz v v dt dy v u v u dt dx dt dx v '' '''' 即u v v -= ' 或??? ??? ???======+=+==z z y y x x v dt dz dt dz v v dt dy dt dy v u v u dt dx dt dx v '''''1即u v v '+'= （2） 式（2）称为伽利略速度变换公式。 （3）将式（2）再对时间求一次导数得 ??? ??? ???=='='=='='=='='z z z z y y y y x x x x a dt dv dt v d a a dt dv dt v d a a dt dv dt v d a 即a a =' ??? ??' ='='=z z y y x x a a a a a a a a '= （3） 式（3）表明在伽利略变换下加速度保持不变。式（3）称为伽利略加速度变换公式。 2、2、2 经典力学的时空观 （1） t=t '，或Δt=Δt ' （4） （2） Δr '=2 12212212222)()()()()()(z z y y x x z y x -+-+-=?+?+?， Δr '=212212212222)()()()()()(z z y y x x z y x -+-+-=?+?+?。 因,,)()(1212121212 y y y y x x ut x ut x x x -='-'-=---='-' r r z z z z ?='?-='-'所以,1212 （5） 相对论思考题 1、相对论中运动物体长度缩短与物体线度的热胀冷缩是否是一回事？ 2、有一枚接近于光速相对于地球飞行的宇宙火箭，在地球上的观察者将测得火箭上的物体长度缩短，过程的时间延长，有人因此得出结论说：火箭上观察者将测得地球上的物体比火箭上同类物体更长，而同一过程的时间缩短．这个结论对吗？ 3、化学家经常说：“在化学反应中，反应前的质量等于反应后的质量”．以2g 氢与16g 氧燃烧成水为例，注意到在这个反应过程中大约放出了2.5?10J 热量，如考虑到相对论效应，则上面的说法有无修正的必要？ 4、下面两种论断是否正确？ (1)、在某个惯性系中同时、同地发生的事件，在所有其他惯性系中也一定是同时、同地发生的． (2)、在某个惯性系中有两个事件，同时发生在不同地点，而在对该系有相对运动的其他惯性系中，这两个事件却一定不同时． 5、两只相对运动的标准时钟A 和B,，从A 所在惯性系观察，哪个钟走得快？从B 所在惯性系观察，又是如何呢？ 6、洛伦兹变换与伽利略变换的本质差别是什么？如何理解洛伦兹变换的物理意义？ 7、长度的量度和同时性有什么关系？为什么长度的量度和参考系有关？ 8、在相对论中，对动量定义P=mv 和公式F=dp/dt 的理解，与在牛顿力学中的有何不同？在相对论中，F=ma 一般是否成立？为什么？ 9、什么叫质量亏损？它和原子能的释放有何关系？ 10、相对论的能量与动量的关系式是什么？相对论的质量与能量的关系式是什么？静止质量与静止能量的物理意义是什么？ 相对论习题 （下列各题中光速均以c=3.0?108m/s 计算） 1一个质点，在惯性系K ’中作匀速圆周运动，轨道方程为 0222==+',''z a y x 试证：在惯性系K 中的观察者测得该质点作椭圆运动，椭圆的中心以速度v 移动． 2、一观察者测得运动着的米尺长0. 5 m,问此尺以多大的速度接近观察者？ 3、一张宣传画5m 见方，平行地贴于铁路旁边的墙上，一高速列车以2?108m/s 速度接近此宣传画，这张画由司机测量将成为什么样子？ 4、远方的一颗星以0.8c 的速度离开我们，接受到它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求固定在此星上的参考系测得的闪光周期． 5、假设宇宙飞船从地球射出，沿直线到达月球，距离是3.84?108m ，它的速率在地球上被量得为0. 30c ，根据地球上的时钟，这次旅行花多长时间？根据宇宙飞船所做的测量，地球和月球的距离是多少？怎样根据这个算得的距离，求出宇宙飞船上时钟所读出的旅行时间？ 6、在K 系中观察到两个事件同时发生在x 轴上，其间距离是1 m,在K ’系中观察这两个事件之间的空间距离是2 m,求在K ’系中这两个事件的时间间隔． 7、在K 系中观察到的两事件发生在空间同一地点，第二事件发生在第一事件以后2s,在另一相对K 系运动的K ’，系中观察到第二事件是在第一事件3s 之后发生的，求在K ’系中测量两事件之间的位置距离． 大学物理学习题答案 习题一答案 习题一 1.1 简要回答下列问题： (1) 位移和路程有何区别？在什么情况下二者的量值相等？在什么情况下二者的量值不相 等？ (2) 平均速度和平均速率有何区别？在什么情况下二者的量值相等？ (3) 瞬时速度和平均速度的关系和区别是什么？瞬时速率和平均速率的关系和区别又是什 么？ (4) 质点的位矢方向不变，它是否一定做直线运动？质点做直线运动，其位矢的方向是否一 定保持不变？ (5) r ? 和r ? 有区别吗？v ? 和v ? 有区别吗？0dv dt = 和0d v dt = 各代表什么运动？ (6) 设质点的运动方程为：()x x t =，()y y t =，在计算质点的速度和加速度时，有人先求 出r = dr v dt = 及 22d r a dt = 而求得结果；又有人先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即 v = 及 a = 你认为两种方法哪一种正确？两者区别何在？ (7) 如果一质点的加速度与时间的关系是线性的，那么，该质点的速度和位矢与时间的关系是否也是线性的？ (8) “物体做曲线运动时，速度方向一定在运动轨道的切线方向，法向分速度恒为零，因此 其法向加速度也一定为零.”这种说法正确吗？ (9) 任意平面曲线运动的加速度的方向总指向曲线凹进那一侧，为什么？ (10) 质点沿圆周运动，且速率随时间均匀增大，n a 、t a 、a 三者的大小是否随时间改变？ (11) 一个人在以恒定速度运动的火车上竖直向上抛出一石子，此石子能否落回他的手中？如果石子抛出后，火车以恒定加速度前进，结果又如何？ 1.2 一质点沿x 轴运动，坐标与时间的变化关系为224t t x -=，式中t x ,分别以m 、s 为单位，试计算：(1)在最初s 2内的位移、平均速度和s 2末的瞬时速度；(2)s 1末到s 3末的平均加速度；(3)s 3末的瞬时加速度。 引言： 牛顿运动三定律是整个经典力学的理论基础，本文通过牛顿运动三定律论证了经典力学的时空观，说明了经典力学的时空观的适用范围。爱因斯坦对牛顿经典时空观的否定，仅是在广义相对论中才能得以实现。 1 牛顿第一定律产生的“逻辑循环” 1.1研究背景 牛顿运动定律与经典力学的时空观是力学中一个重要内容。到目前为止，已有许多教材及论文对牛顿运动定律与经典力学的时空观进行了讨论。但他们大多讨论一些狭义的情况，即完全肯定经典力学时空观或全盘否定。本文从运动，发展，联系的角度，针对经典力学的时空观进行较深入的分析与论证。 1.2 研究的意义 爱因斯坦相对论的产生动摇了牛顿理论及其经典力学时空观在力学中的主导地位。本文就上述情况做出了分析并论证牛顿运动定律与经典力学的时空观的合理性及适用范围。 1.3 研究的目的 本文主要探讨以下三个重要问题： （1）牛顿第一定律的“逻辑循环”不影响它的科学性。 （2）牛顿三定律各自的本质意义。 （3）经典力学的时间观与空间观的联系。 1.4 牛顿第一定律存在的逻辑循环的原因 牛顿第一定律作为力学的第一条命题，必定带有“逻辑循环”的性质，但这并不影响它的科学性。 牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中，对第一运动定律是这样陈述的： “每个物体继续保持其静止或匀速直线运动的状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态。” 这个陈述揭示了物质的一项基本属性——惯性，明确了力是改变物体运动状态的原因。下面阐述物体运动所选择的“参考系”。对此，牛顿声言他所研究的运动是在“绝对空间”和“绝对时间”中进行的“绝对运动”。他写道“绝对的、真正的数学时间自身地流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何其他外界事物无关地流逝着。”“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远相同的和不动的。”然而，自爱因斯坦创立狭义相对论以来，人们已经彻底否定了“绝对时空”的概念，脱离物质存在的所谓“绝对时间”、“绝对空间”及“绝对运动”只不过是一些形而上学的概念。然而，定律所述的运动是对惯性参照系而言的。现行教材对惯性参考系是这样定义的：“牛顿第一定律成立的参照系叫做惯性参照系或惯性系。”显然这个定义依赖于第一运动定律，即由第一运动定律来确定惯性参照系。 综上所述，牛顿第一运动定律是说一个物体不受外力，它相对于惯性系就做匀速直线运动；但是又只能根据一个物体相对于惯性系做匀速直线运动，才能肯定这个物体不受力；同时又只能根据一个物体不受力时做匀速直线运动，才能断定所用的参照系是惯性系。这样，就完全陷人了逻辑循环。 然而，必须认识到，牛顿第一运动定律的“逻辑循环”性质，并不影响它的科学性。实际上，惯性系是近似地存在着的，如地面以及相对地面静止或匀速直线运动的物体都是近似程度相当好的惯性系。正是在这些近似程度相当好的惯性参照系上的无数次科学实验活动，证实了牛顿力学的相对正确性，从而间接地验证了牛顿力学出发点的第一定律的正确性。 其实，物理学的所有定律都是在一定精确程度上而不可能是绝对精密地接受检验的。既然近似地存在着第一定律所描写的情况，这种近似性就不应当成为检验定律正确与否的障碍。第一定律之所以不能直接受实验检验的原因，除了找不到“绝对不受力”的运动之外，还在于它本身含有“逻辑循环”的性质。 关于牛顿第一定律存在的逻辑循环的原因，阐述如下：一门学科的出发点，即它的第一条（或第一批）命题，当然不能够通过从它（或它们）所导出的其他命题去证明，（否则，它就不再是第一条命题了）。因而，这第一条命题，如果不能借用其他科学内容的话，就往往含有逻辑循环的性质。因为，这样的一条命题只要不是空洞的、抽象的同一，它就必定要同时举出两个或两个以上未曾事先定义的概念（否则，就只能是毫无意义的A=A型的抽象同一）。换句话说，这第一条命题所包含的两个或更多的概念，都是在逻辑上无法严格定义的。因此，这条命题的正确性就不可能由这门学科的一般方法得到证明，而是要通过它的大量推论是否同实践经验相相对论时空观
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