相对运动与惯性系：密闭船舱里能否测出匀速

本课要解决的问题

一个封闭实验室做匀速直线运动时，内部力学实验能否判断绝对静止？

这不是先背名词再找用途。我们从一个确切问题出发，逐步抽出能够重复使用的数学结构。学完本课，你应能解释“为什么要这样定义”，并独立完成一个计算或证明。

概念建立

Galileo式相对性指出：彼此做匀速直线运动的惯性参考系中，力学规律形式相同。位置变换 x'=x-ut、时间 t'=t，速度满足 v'=v-u，加速度保持 a'=a。匀速整体平移不会改变内部抛掷、滴水或碰撞规律。

推导主线

对 x'=x-ut 求时间变化率得 v'=v-u；再次求变化率，u 为常量，所以 a'=a。若质量不变，则 F=ma 的形式在两系一致。这不是说所有运动都相对到没有规律，而是规律不挑选一个绝对匀速系。

完整例题

列车以20 m/s向东，乘客相对列车以5 m/s向东走。地面系测得乘客速度为25 m/s；若向西走则为15 m/s。必须先约定正方向。

严格边界

这一变换适用于经典低速力学与匀速参考系。加速车厢会出现可检测效应；高速电磁现象需要相对论时空变换，不能无限沿用经典速度叠加。

课后闭环

分别在地面系和车厢系写一个竖直抛球的水平速度，解释为何乘客仍能接住球；再列出加速车厢与匀速车厢的可观察差异。

完成页面中的单选、多选和计算题。计算题要保留中间步骤；多选题漏选或多选均视为没有掌握定义。错误按“对象、运算、条件、推理、计算”标出第一处失误，隔一天遮住答案重做。