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相对性原理对场的分析 陕西理工学院 物电学院 刘钊榕 摘要：对场的独立性分析来辨别清质量、电荷量等物质的某种属性的意义，根据这种独立性分析对牛顿第二定律F=ma进行换场推导，得出了不同场中牛顿第二定律的不同表达式，揭示了物质的某种属性与场有关。根据这个思想推导出通用式。 引言：首先谈及对重力加速度的认识，我们只是接受了重力加速度在地球上几乎相等为g，但是为何会出现这种现状，为什么不同质量的物体会有同样的加速度？所以引入场，及场强大小来分析这种现状。我们都是处于重力场中的，所以我们要清楚理清这种观念必须想象到没有重力场的情况下，利用其它场来类比。最终根据这些不同场中物质运动的现状和什么量有关，运动的加速度又由什么决定。 正文：我们谈及这个场的概念，总会想到磁场，电场，引力场。对于电场、磁场我们用一个场强大小E、B（磁通量）来形容这个场的强度性质。而引力场的范围很大，而且引力场的场强大小因空间而异。 从地球的引力场来看，之前很多人会说我们跳起来会落地因为地球有引力。如果说是地球有引力，那么在相对小的一个区域内这种引力应该是相同的，为何不同质量的物质却会有不同的重力。这就是很多人对于这个引力，和引力场没有仔细来区别。伽利略做过一个有趣的实验，“两个铁球同时落地”，这个实验说明了什么？当初给出的结论是它们具有同样的加速度g，而与它们的质量无关。牛顿利用的是经验归纳法得出了物质的一个属性-质量（物质在重力场中的一种属性），之后又得出重力加速度g。这完全是基于一个经验得出来的，所以我们就单独的接受了在地球表面我们受到的重力加速度是一样的。然而这个加速度的实质是什么？为何不同质量的物质会具有同样的加速度呢？所以引入了场这个概念来解释重力加速度g。我们就电场而言，我们都知道电场力F=Eq（其中E为电场强度，q为带电粒子的电荷量）。电场这种现象告诉了我们：电场力F就是放进电场中的粒子的电荷量与电场的乘积。同样将这种思想引入的引力场中，我们以重力场做示例：可以认为重力场的场强大小为H（为了好区别，随便给定一个字母代替），这个H的大小就是重力加速度g的大小。将质量m类比为电场中的电荷量q（q是物质在电场中的一种属性），这样就可以完整的解释为何不同质量的物质处于重力场中所受的重力不同，即：F=Hm=mg 这里要说明的是：虽然H与g大小相等但是属于两种性质的概念，一个是场强强度，一个是加速度大小。 接着来看看牛顿第二定律F=ma，如果依据我上面所述，这里我们大可以认为加速度a，是一种虚拟存在的场强强度为a的一种场。之后，推出在这个场中物体的受力F=ma。这里自变量依然是m，这便是一个问题所在。如果认为这里的自变量为m，那么认为这种场的性质和重力场的性质是一样的。也就是说牛顿所指出的F=ma是局限于引力场（重力场）而成立的，而不是任何性质的场都可以引用F=ma，因为其他场中决定物质的运动加速度不一定是和质量相关的，有可能是其他的物质属性量。我们先说说以牛顿的这种以引力场为主的想法在现实中的广泛应用，依据牛顿第二定律F=ma，我们竟然能够直接引入到电场之中，最后直接能求出不同性质的场导致物体运动的最终加速度。即：同时存在重力场与电场，一个既有质量又有电荷量的物体，受到的电场力F=Eq，重力F=mg。最终为求共同加速度，我们直接忽略了这两种场的性质不同，认为电场中物体运行的加速度a=Eq/m，可以说这种求加速度的方法最终将电场归结于重力场中使用。虽然引用到重力场得出的结果是正确的，但是这个结果只适合于重力场为主的前提下。如果我们现在以电场为主，那么同样这个问题，我们会认为质量为m的物质在电场中的加速度为a=mg/q，而这个结果依然是正确的，但是它的适合范围就是局限于电场为主的前提下。 对于上面这种解释，首先提出的是，在分析某一种场中物质运动的现状时，必须在思想中抛弃其他场的影响，或者说不能把和这种场不相干的物质的属性量引入到这个场中使用。举一个例子：如果在重力场中有一个物体带电荷量很大，质量很小，我们将这个物体从某一高度自由下落，不计空气阻力的话我们都知道这个物体下落的加速度就是重力加速度g。这里我们探讨这个物体在重力场中下落的过程中完全不考虑它的电荷量大小。根据这个思路，我们引入到电场之中，也就是说在只有电场的情况下（必须想象到这种只有电场的情况），一个物体的质量无论多大，影响这个物体在电场中运动的加速度取决于这个物体的电荷量的大小而和质量完全不相干。这里再用一个简单的实验来验证这种说法: 在一个平面上，放置两个质量相等的物体1和物体2，它们分别带电荷量为q1和q2，令q1=1000q2，在平面上接一个压力传感器，我们现在要使压力传感器的示数刚好为0，那么分别在q1和q2下方加一个方向向上的电场（认为重力场方向是向下的）