关于“惯性的表现”的思考.pdf

1、关于关于“惯性的表现惯性的表现”的思考的思考 从从 2012 年新课标卷第年新课标卷第 14 题说起题说起 湖北省恩施高中 陈恩谱 【摘要】在物体受到外力作用时，物体的惯性对物体的运动仍然有影响吗？笔者通过初高中物理涉 及的一系列“惯性现象”的辨析，指出惯性在物体受力时表现为“抵抗物体运动状态的改变”即“使 物体的速度只能渐变、不能突变” ，并对 2012 年新课标卷第 14 题的参考答案进行了批评修正。 【关键词】 惯性的表现只能渐变、不能突变惯性现象 圆惯性 一、高考题答案对一、高考题答案对“惯性的表现惯性的表现”的狭隘认识的狭隘认识 2012 年新课标卷第 14 题： 伽利略根据小球在斜

2、面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础。 早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是 A. 物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B. 没有力作用，物体只能处于静止状态 C. 行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性 D. 运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动 本题答案给的是 AD，标准答案认为 C 是错误的，解释是：圆周运动的运动方向在时刻改变，即运动 状态在时刻改变，C 错误。即命题者认为，惯性的表现仅是在物体不受力时，使物体运动状态（速度）保 持不变，这也是大多数中学教师对“惯性的表现”的认识。 笔者认为，这是命题者对“惯性的表现”认

3、识不全面导致的错误，使 行星在圆周轨道速度大小保持不 变、速度方向只能逐渐变化的性质，恰恰就是惯性，C 选项实际上是正确的。 二、对二、对“惯性的表现惯性的表现”的全面认识的全面认识 对“惯性的表现” ，我们应有如下全面的认识： 在物体不受力（或所受合力为零）时，惯性使得物体的速度保持不变，物体保持静止或匀速直线运动 状态。 在物体受力（或所受合力不等于零）时，惯性抵抗物体速度的改变，使得物体的速度只能渐变，不能 突变。 即：惯性是物体“想要” 保持原来的运动状态不变的性质物体不受力时，这“想法”完全得逞， 物体速度保持不变；物体受力时，这“想法”没有完全得逞（速度还是变了） ，但还是部分得逞

4、它使 物体速度只能逐渐变化。 三、中学教学或者教材中的相关内容对笔者论点的支持三、中学教学或者教材中的相关内容对笔者论点的支持 其一，中学教学中所举“惯性现象”实例大多都是“受力时惯性的表现”的例子。 例如，物体竖直上抛后并不立即掉头下落，而是往上继续运动一段距离后才掉头；踩下刹车后，车并 不立即停下，而是继续往前运动一段距离才停下；伽利略斜面试验中，小球滚到最低点后会继续滚上另一 侧斜面这些现象中，物体其实都受了力，其运动状态都发生了改变，但我们仍然说这是物体具有惯性 的结果这实际上是说，在受到阻力时，物体由于具有惯性，其速度只能逐渐减小，而不能立即减为零， 所以它才会继续沿原速度方向运动一

5、段距离。 再例如，摞在一起的棋子，用木尺敲走最下面一颗，上面的棋子几乎不动；迅速抽走压在物体下面的 纸片，物体几乎不动；在处理弹簧弹力能否突变的问题中，剪断轻绳或撤掉某物块后瞬间，物体来不及发 生明显位移，因此弹簧长度几乎不变，由此得出弹簧弹力不能突变在这些例子中，物体实际上是受了 力（受力不为 0） ，而且是有微小位移的，正是因为物体具有惯性，使得物体的速度只能从 0 逐渐增加，而 不能立即增大到发生明显位移。 其二，牛顿第二定律指出，物体的运动状态改变的难易程度，取决于惯性的大小即物体的质量。 由牛顿第二定律公式 m F a 合 可以看出，任何物体的运动其实都是由力和惯性共同作用的结果任何

6、物体的运动其实都是由力和惯性共同作用的结果。即：牛顿 第一定律揭示了物体不受力时惯性的表现，而牛顿第二定律揭示了物体受力时惯性的表现任何物体 （实物）的质量都不为零，因此其受到有限大小的力时，其加速度都不可能是无穷大，物体的速度只能渐 变而不能突变。 其三，人教版高中物理必修 2 中讲到离心运动的本质时，说“作圆周运动物体，由于惯性，总有沿着 切线方向飞去的倾向”其实，物体做圆周运动时一直受到向心力的作用，其速度方向一直在变（并非 匀速直线运动） ，然而此时惯性仍有表现由于惯性的存在，物体“总想”沿切线飞出去，沿半径方向 力不够大时，物体由于惯性就必然会做离心运动。 其四，人教版高中物理选修

7、3-2 中讲到“自感现象中线圈中电流只能从原来的值逐渐增加”时，做了 一个力学类比，说“这说明电路具有惯性 ”这种“电惯性”的表现，是使电路中的电流只能渐变 不能突变。 四、对该高考题答案的进一步认识四、对该高考题答案的进一步认识 前述高考题 C 选项中，行星受到了万有引力，所以其运动状态（速度方向）发生了改变，但是因为行 星具有惯性，使得其速度大小保持不变，速度方向也只能渐变不能突变更细致点儿说：万有引力始终 垂直于行星的速度，无法改变行星速度的大小，由于行星的惯性，行星速度的大小就保持不变；万有引力 却改变了行星速度的方向，但是由于惯性，行星速度的方向也只能渐变。所以，使行星保持速率不变的

8、原 因，恰恰就是行星的惯性！更进一步讲，行星在运动过程中能量守恒、角动量守恒，都可以说是行星惯性 的表现。 那么，高考题缘何却作出如此错误的结论呢？笔者以为，高考题命题人是犯了“顾此失彼”的错误。 亚里士多德以及伽利略等人认为，神圣的天体必然是做最简单、最完美的匀速圆周运动，且并不需要力来 维持这个运动，伽利略甚至据此提出了“圆惯性”的概念。很明显，这不符合牛顿第一定律只要是速 度变了（包括方向变化） ，物体就一定受了力。历史上，是笛卡尔修正了伽利略对惯性运动的认识笛 卡尔认为，物体不受外在作用时，由于惯性，物体的运动只能是匀速直线运动（包括静止） ，是开普勒修 正了伽利略关于天体运动的认识开

9、普勒指出，行星绕太阳的运动轨道都是椭圆，而不是圆周，而牛顿 则把笛卡尔的表述作为了他的力学体系的基础关于物体运动的第一定律。高考命题人或许就是想要指 出“圆惯性”概念的错误，却顾此失彼，忘记了惯性在物体受力时仍然会起作用使物体速度只能渐变、 不能突变。 【参考文献】 1、人教版 高中物理 必修 1、2 选修 3-2 2、赵凯华 新概念物理学 力学 3、赵凯华 新概念高中物理读本 第一册 新概念高中物理读本 第二册 【作者简介】 陈恩谱，男，1980 年 5 月生，中学物理高级教师，湖北省优秀物理教师，湖北省教育学会基础教育科 研之星，湖北省优质课比赛一等奖获得者，现就职于湖北省恩施高中；联系方式：手机13517141443， 电子邮件，QQ381004836，微信公众号恩谱谈物理。 说明：本文收录于陈恩谱老师物理原来可以这样学说明：本文收录于陈恩谱老师物理原来可以这样学2018 年年 8 月第一次修订版。月第一次修订版。