淺談高中物理的慣性定律

慣性定律即牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律，它是牛頓在伽利略等人的研究基礎(chǔ)上，再經(jīng)過(guò)自己的研究總結(jié)歸納出來(lái)的。

慣性：任何物體都有保持其原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性，這個(gè)特性叫慣性。當(dāng)物體不受其他物體的作用時(shí)，該物體將繼續(xù)保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變；當(dāng)物體受到其他物體的作用時(shí)，慣性表現(xiàn)為阻礙物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，物體的慣性大，原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不易改變；物體的慣性小，就容易改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

質(zhì)量是物體慣性大小的量度，即質(zhì)量越大，慣性就越大；質(zhì)量越小，慣性就越小，慣性的大小跟它受不受力，運(yùn)不運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

慣性定律及表述：伽利略提出著名的斜面實(shí)驗(yàn)，小球從光滑的斜面上滾下來(lái)，小球因受重力作用沿斜面加速運(yùn)動(dòng)后繼續(xù)在平面上滾動(dòng)，先后讓小球在鋪有毛巾，棉布，光滑木板上水平運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是小球運(yùn)動(dòng)得越來(lái)越遠(yuǎn)，經(jīng)科學(xué)推理，若忽略空氣阻力，并使平面的摩擦力減小到零，物體在光滑的水平面上保持勻速直線一直運(yùn)動(dòng)下去。因此，牛頓第一定律的表述為：任何物體都保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非施加外力迫使其改變這種狀態(tài)。我們平常所見(jiàn)的物體的運(yùn)動(dòng)，往往受到重力和摩擦力的影響，要想做此實(shí)驗(yàn)，必須設(shè)計(jì)理想的情況，一是可以進(jìn)入太空中的飛船中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，二是利用氣墊導(dǎo)軌裝置，使實(shí)驗(yàn)接近無(wú)摩擦力影響的理想情況。把滑塊輕輕地放在水平的導(dǎo)軌上，空氣墊支承它靜止不動(dòng)，然后輕輕推動(dòng)以下滑塊，使其自由運(yùn)動(dòng)，滑塊就將沿導(dǎo)軌緩慢平穩(wěn)地作勻速直線運(yùn)動(dòng)。

在描述滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，是以地球?yàn)閰⒖枷档模�若選擇固定的導(dǎo)軌或相對(duì)于導(dǎo)軌作勻速直線運(yùn)動(dòng)的其他物體作為參考系，同樣也能判斷出滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。但是，并非所有的參考系在描述滑塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)都能得出它做勻速直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。比如：以相對(duì)于導(dǎo)軌做加速運(yùn)動(dòng)的其它物體為參考系，盡管滑塊不是勻速的，其運(yùn)動(dòng)卻不是勻速的。我們把能使牛頓第一定律成立的參考系叫做慣性參考系。只有在慣性系中，牛頓第一定律才成立。

因?yàn)槿魏挝矬w之間都存在相互作用，不受力作用的物體是不存在的，關(guān)于慣性定律，愛(ài)因斯坦多次這樣說(shuō)過(guò)：“一個(gè)物體在離其它物體有足夠遠(yuǎn)時(shí)，它將一直保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”。慣性定律的意義和作用：

1、牛頓第一定律給出了“慣性”的概念，即慣性是一切物體所具有的保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性。

2、由于物體在其他物體的作用下會(huì)改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因而牛頓第一定律定性地給出了力的定義：力是物體間的相互作用，由于力的作用，受力物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。這就指出了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，從而把力的概念（力是物體間的相互作用）---引到了“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”。

3、牛頓第一定律給出了物體所在的參考系是否是慣性系的判別標(biāo)準(zhǔn)，在此參考系中若物體不受其他物體的作用能夠保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該參考系就是慣性參考系，即牛頓第一定律成立的參考系是慣性系。

有關(guān)慣性問(wèn)題中容易出現(xiàn)的疑難問(wèn)題：

1、慣性不能被克服：有的人認(rèn)為：“物體在沒(méi)有受到外力作用時(shí)能保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是有慣性的，比如用力踢球，使其由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)是克服了球的慣性”。這種說(shuō)法是不正確的。慣性是物體的固有屬性，它跟外界因素?zé)o關(guān)。同一物體，在靜止，運(yùn)動(dòng)；受力或不受力，受恒力或受變力 任何情況下，其慣性大小都是不變的。也就是說(shuō)，慣性這一屬性總是表現(xiàn)為：“保持原狀，反抗改變”。

2、慣性是一條獨(dú)立的定律：在對(duì)牛頓第一定律的理解中，有一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)：認(rèn)為牛頓第一定律是物體所受合力為零時(shí)牛頓第二定律的一種特殊情況，由F=ma當(dāng)物體所受合外力為零時(shí)，讓產(chǎn)生的加速也應(yīng)該為零，物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也就是說(shuō)牛頓第一定律不是一條獨(dú)立的定律，它是第二定律的一種特殊形式。

應(yīng)該怎樣來(lái)正確認(rèn)識(shí)呢？

第一，正因?yàn)榕ｎD第一定律為我們指出了物體在沒(méi)有受到其他物體作用時(shí)所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們才可能進(jìn)一步研究當(dāng)物體受到其他物體作用時(shí)又將處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。牛頓第一定律定律確定了力涵義，指出物體如果受到其他物體對(duì)它的作用力時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將要發(fā)生改變，但是如果我們不知道物體在不受力情況下處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要研究在力的作用下物體將做怎樣的運(yùn)動(dòng)，顯然是不可能的。

第二，根據(jù)F=ma，合力F=0則a=0，（即物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)），從數(shù)學(xué)角度看，牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例，但如何量度物體的加速度，必須選擇一個(gè)參考系統(tǒng)，使得物體不受力時(shí)相對(duì)該參考系的加速度為零，這個(gè)參考系一定要是慣性參考系，而判別一個(gè)參考系是否慣性參考系，要求用牛頓第一定律作為判別的標(biāo)準(zhǔn)，所以沒(méi)有牛頓第一定律，就無(wú)法量度物體的加速度，因而，牛頓第一定律是一條獨(dú)立的定律，不能用第二牛頓定律來(lái)代替它，概括它。

慣性是物體的固有屬性，慣性的大小是由物體的質(zhì)量決定的，只要質(zhì)量一定，物體的慣性大小也就完全確定了，不管物體處于什么狀態(tài)，是靜止，還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；是運(yùn)動(dòng)速度大還是小，是體積大還是小，是位置高還是低等等，只要物體的質(zhì)量不變，慣性大小也就不變。

現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)分析一下以上的生活現(xiàn)象，由于汽車具有慣性的緣故，汽車在剎車時(shí)具有一定的速度，汽車由于慣性要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即其速度不變，所以能向前滑行，但向前滑行的距離長(zhǎng)短，不能用“速度大慣性大”來(lái)解釋。慣性的大小與物體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)無(wú)關(guān)。汽車剎車時(shí)速度大，剎車后滑行的距離較長(zhǎng)是因?yàn)閯x車時(shí)汽車其有較大的動(dòng)能，在阻力相同時(shí)就要向前運(yùn)動(dòng)較長(zhǎng)的距離。

只要我們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中，正確理解慣性，并能正確地運(yùn)用慣性定律，我們就能解決很多慣性方面的問(wèn)題。

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