浅谈牛顿第一定律与惯性|牛顿第一定律与惯性

时间：2018-12-29 03:32:43　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　牛顿第一定律是力学的基本规律，它揭示了力和运动之间的内在联系；惯性是物体的一种性质，二者有着本质的区别. 　　牛顿第一定律告诉我们：一切物体在没有受到外力的作用时，原来处于静止状态的总要保持静止，原来处于运动状态的总要按当时的速度(大小和方向)保持匀速直线运动状态，直到其它的物体对它施加作用力迫使它改变这种状态为止.也就是说：“静者恒静，动者恒动.”
　　牛顿第一定律同时也揭示了一切物体都有保持运动状态不变的性质，即惯性.因此牛顿第一定律也叫惯性定律.物体在不受外力作用时，究竟是静止还是做匀速直线运动，这取决于物体不受力的那一时刻，物体所处的运动状态.
　　牛顿第一定律还揭示了自然界中一条最基本、最重要的规律：力不是产生或维持物体运动的条件，而是改变物体运动状态的原因.它改变了过去那种认为有力则运动，无力则静止，力大运动得快，力小运动得慢的长期占领人们思想的错误观念.
　　惯性反映的是“一切物体保持原来运动状态不变”的性质，它是物体本身的一种属性，不可避免，不可克服，与物体是否运动、是否受力无关.(如同一只杯子，装满水时可容纳水500ml，不装水时，同样具有能容纳500 ml 水的本领，不会因为它不装水就没有了或改变了能容纳500 ml 水的本领).
　　惯性是有大小的，惯性越大，其保持“运动状态不变”的能力越强.由于质量越大的物体，同样外力改变其运动状态越难，所以惯性大小与物体的质量有关，即质量越大，惯性越大.例如：用同样大小的力，抛出体积相同的铅球和皮球，显然皮球获得的速度较大，而铅球获得的速度较小，即质量小的皮球运动状态容易改变，而质量大的
　　铅球的运动状态不容易改变.
　　如何理解物体的惯性与物体是否受力无关呢?笔者认为：物体不受力时，物体保持运动状态不变，即此时物体的惯性是“显性”的；而物体受非平衡力作用时，其运动状态虽然要改变，但这种“改变”是遇到“抵抗”的，是需要时间和过程的，不是轻而易举的(而且质量越大，这种抵抗越强.)，即此时物体所表现出来的惯性是“隐性”的.
　　如何理解物体的惯性与速度无关呢?前面已经提到惯性的大小是指改变物体运动状态的难易，同样的力改变物体的运动状态越难，该物体的惯性越大，这里“改变”二字的含义是指在原运动状态的基础上相同时间内运动状态的“变化量”，同一物体在相同时间内这种“变化量”相同，惯性就相同，与初始状态无关，即与速度的大小无关.比如，一辆卡车，以极低的速度运动，你能把它停下来吗?反之，一辆玩具车，速度再快你也能把它停下.也许你会提出这样的问题：两个相同质量的物体在同一水平地面以不同速度运动，其中速度小的会先停下来，速度大的后停，这不是速度小惯性小，速度大惯性大吗?
　　前面已经提到，惯性的大小可以用运动状态的变化量即速度的变化量来体现，你所提出的问题中的“速度小先停下，速度大后停下”的现象与笔者的分析并不矛盾.速度小，减小到零的时间也少，速度大，减小到零的时间也多.这样两种状态下的速度的变化量是相同的，所以无论速度大还是速度小，物体的惯性是相同的.�理解惯性时，一些学生对实际生活中的惯性现象难以解释，笔者认为一切物体在任何情况下都有惯性，但不是任何情况下都能明显地表现为惯性现象.解释惯性现象，要从以下两个方面进行分析，一方面物体由于惯性要保持原来的运动状态，另一方面物体所受到的外力要改变物体的运动状态.常见的惯性现象就是在“惯性”与“力”这一维持和改变的矛盾中表现的.因此可以由以下的方法来分析惯性现象：由多个物体(或一个物体的不同部分)所组成的共同处于某种运
　　动状态下的群体，某一时刻一部分物体受到外力的作用运动状态发生改变，而另一部分物体由于惯性同时也没受到此外力的作用，将不改变其运动状态，使得整个群体运动不同步不一致，于是就表现出了所谓的惯性现象.例如：“在路上行走的人，被石头绊了一下，会向前倾倒.”这就是一个常见的惯性现象，可以这样解释：脚被绊之前，
　　人的整体(组成人体的上、下半身)保持相同的运动状态，脚绊到石头时，人的下半身因受力而改变运动状态，由运动变为静止，而人的上半身没有受到石头的力的作用且由于惯性要保持原来的运动状态继续向前运动，这样上半身和下半身运动的步调不一致，所以就出现了人向前倾倒的惯性现象.
　　在日常生活、工作及科技领域中，经常要利用惯性，例如，用力拍打衣服，衣服受力运动而衣服上附着的灰尘由于惯性要继续保持静止，从而除去了衣服上的灰尘.另外，使劲甩手可以把手上的水甩掉；摩托车能飞跃断桥；工人用铁锹把煤扔到炉堂；跳远运动员利用助跑提高跳远成绩；“嫦娥一号”由地球向月球运行时，要关闭发动机，
　　可节约能源等现象都是惯性的应用.
　　当然，我们还要防止惯性带来的不利情况的发生.例如：限制机动车辆的行驶速度，可以避免遇到紧急情况急刹车滑行得太远而造成的交通事故；汽车司机及乘客系安全带，可以避免因急刹车由于惯性而撞伤甚至危及生命.
　　总之，牛顿第一定律和惯性是力和运动关系的重要规律和概念，它们又与日常生活和生产实际紧密联系.正确理解惯性的概念，运用惯性解释现象，是培养学生分析问题能力、语言表达能力的重要途径.惯性定律的研究和结论的得出过程，有助于培养学生研究物理问题的方法.�
　　（初二）��

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