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牛顿第一定律是牛顿力学的基础,其中关于力和运动的观点、惯性的概念及牛顿第二定律间的关系是不少同学易混的问题,关于牛顿第一定律的认识同学们仍有不少误区,本文就此误区浅谈几点。
[误区1]惯性就是惯性定律
惯性不是惯性定律。惯性是物体本身的固有属性,与物体静止还是运动、运动速度大小、是在地球还是在其它星球,是否受外力作用都无关,即与外界条件变化无关;惯性定律则是一条客观的物理规律,它反映了物体不受外力作用时的运动规律。显而易见,二者是不同的。
[误区2]物体的速度越大,其惯性就越大。
物体的速度越大其惯性不一定越大。速度是表示物体运动快慢的物理量,而惯性是物体保持其运动状态不变的本性。我们说“物体甲的惯性比物体乙的惯性大”,即是说“物体甲的质量比物体乙的质量大”。在同样的外力作用下,物体甲的速度变化较慢(即加速度较小,其运动状态较难改变),物体乙的速度变化较快,即加速度较大,其运动状态容易改变。因此,那种“物体有速度时才有惯性”、“物体只有速度变化时才有惯性”、“推静止的物体比推运动的物体用力大,说明静止的物体惯性大”的说法都是错误的。其实质是对“惯性和速度”概念理解不清所致。
[误区3]物体受力越大,惯性越大。
物体受力越大惯性不一定越大。因为惯性是物体本身的性质,所以惯性大小(即物体保持静止或匀速直线运动的能力大小)只与物体的质量有关,与物体的速度、物体受外力大小无关。
[误区4]牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例
牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例。牛顿第一定律是一条独立的规律,绝不能简单的看成是牛顿第二定律的特例。在牛顿第一定律中包含了惯性和力两个重要的概念,这是牛顿第二定律无法替代的。“不受外力”与“受合外力为零”虽然是等效的,但不是等同的。如物体不受外力时,物体不会发生形变,但合外力等于零的条件下物体可能发生形变。
[误区5]惯性是可以被克服的
惯性是任何物体所具有的、保持其原来运动状态(速度大小和方向)的一种性质,所以,惯性不能克服掉,但人们可以利用和防止惯性。
[误区6]固体有惯性,液体和气体没有惯性。
固体有惯性,有很多实例,液体、气体也有惯性,这方面的例子老师举的少些。比如,常见到的现象:将瓷碗内盛满水,放在小车上如图1所示,如果突然拉动小车,则原来静止的水,会向小车运动相反方向泼去。如果小车已在运动中如图2所示,突然遇到前方障碍物而停止时,则碗中水会向前方泼去。这就是液体有惯性的表现。
又如如图3所示,将圆柱形(或圆锥形)薄纸分别用绳栓在支架上。若在其一侧短促吹一口气,则近处纸筒先被吹动,随后远处纸筒也被吹动。这表明空气被吹动后,它并不会立即停止,还会向前运动一段距离,这说明气体有惯性。
又如如图4所示,将长度相等的几只蜡烛排成直线,点燃后,在其一端使劲吹一口气,看到近处的烛焰先被吹动(或吹灭),随后远处的烛焰才被吹动(或吹灭)。这也说明气体有惯性。
[误区7]汽车紧急刹车时,站在车上的乘客要向前倾倒,所以在汽车慢慢停下来的瞬间,乘客也将向前倾斜。
汽车紧急刹车时,站在车上的乘客要向前倾倒,这是因为惯性的缘故。但当汽车进站后慢慢停下来的一瞬间,站在车上的乘客不是向前倾,而是向后倾,这是什么原因呢?问题的关键在于,当汽车进站时,车速逐渐减慢,由于惯性的存在,站在车上的乘客要随着车向前倾些,为了使自己保持平衡,乘客的肌肉要保持某种紧张状态,或用手拉住其它物体等,由于人手拉着其它物体其人水平方向受力向后,所以当汽车进站后慢慢停下来的一瞬间,人往往向后倾。
[误区8]骑自行车上坡,为了容易爬上去,往往在上坡前用力蹬车,使自行车有较大的速度。所以有同学认为,这样做是为了增大车的惯性。
事实上不是为了增大车的惯性。自行车的惯性,是由自行车的质量决定的,与自行车运动还是静止、运动速度是大是小、是加速还是减速都没有关系。的确,为了顺利的爬上坡顶,人们往往在上坡前用力蹬车。这个现象可以用另外的知识去解释,在此不再赘述,但不能把提高速度和增大惯性联系起来。
[误区1]惯性就是惯性定律
惯性不是惯性定律。惯性是物体本身的固有属性,与物体静止还是运动、运动速度大小、是在地球还是在其它星球,是否受外力作用都无关,即与外界条件变化无关;惯性定律则是一条客观的物理规律,它反映了物体不受外力作用时的运动规律。显而易见,二者是不同的。
[误区2]物体的速度越大,其惯性就越大。
物体的速度越大其惯性不一定越大。速度是表示物体运动快慢的物理量,而惯性是物体保持其运动状态不变的本性。我们说“物体甲的惯性比物体乙的惯性大”,即是说“物体甲的质量比物体乙的质量大”。在同样的外力作用下,物体甲的速度变化较慢(即加速度较小,其运动状态较难改变),物体乙的速度变化较快,即加速度较大,其运动状态容易改变。因此,那种“物体有速度时才有惯性”、“物体只有速度变化时才有惯性”、“推静止的物体比推运动的物体用力大,说明静止的物体惯性大”的说法都是错误的。其实质是对“惯性和速度”概念理解不清所致。
[误区3]物体受力越大,惯性越大。
物体受力越大惯性不一定越大。因为惯性是物体本身的性质,所以惯性大小(即物体保持静止或匀速直线运动的能力大小)只与物体的质量有关,与物体的速度、物体受外力大小无关。
[误区4]牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例
牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例。牛顿第一定律是一条独立的规律,绝不能简单的看成是牛顿第二定律的特例。在牛顿第一定律中包含了惯性和力两个重要的概念,这是牛顿第二定律无法替代的。“不受外力”与“受合外力为零”虽然是等效的,但不是等同的。如物体不受外力时,物体不会发生形变,但合外力等于零的条件下物体可能发生形变。
[误区5]惯性是可以被克服的
惯性是任何物体所具有的、保持其原来运动状态(速度大小和方向)的一种性质,所以,惯性不能克服掉,但人们可以利用和防止惯性。
[误区6]固体有惯性,液体和气体没有惯性。
固体有惯性,有很多实例,液体、气体也有惯性,这方面的例子老师举的少些。比如,常见到的现象:将瓷碗内盛满水,放在小车上如图1所示,如果突然拉动小车,则原来静止的水,会向小车运动相反方向泼去。如果小车已在运动中如图2所示,突然遇到前方障碍物而停止时,则碗中水会向前方泼去。这就是液体有惯性的表现。
又如如图3所示,将圆柱形(或圆锥形)薄纸分别用绳栓在支架上。若在其一侧短促吹一口气,则近处纸筒先被吹动,随后远处纸筒也被吹动。这表明空气被吹动后,它并不会立即停止,还会向前运动一段距离,这说明气体有惯性。
又如如图4所示,将长度相等的几只蜡烛排成直线,点燃后,在其一端使劲吹一口气,看到近处的烛焰先被吹动(或吹灭),随后远处的烛焰才被吹动(或吹灭)。这也说明气体有惯性。
[误区7]汽车紧急刹车时,站在车上的乘客要向前倾倒,所以在汽车慢慢停下来的瞬间,乘客也将向前倾斜。
汽车紧急刹车时,站在车上的乘客要向前倾倒,这是因为惯性的缘故。但当汽车进站后慢慢停下来的一瞬间,站在车上的乘客不是向前倾,而是向后倾,这是什么原因呢?问题的关键在于,当汽车进站时,车速逐渐减慢,由于惯性的存在,站在车上的乘客要随着车向前倾些,为了使自己保持平衡,乘客的肌肉要保持某种紧张状态,或用手拉住其它物体等,由于人手拉着其它物体其人水平方向受力向后,所以当汽车进站后慢慢停下来的一瞬间,人往往向后倾。
[误区8]骑自行车上坡,为了容易爬上去,往往在上坡前用力蹬车,使自行车有较大的速度。所以有同学认为,这样做是为了增大车的惯性。
事实上不是为了增大车的惯性。自行车的惯性,是由自行车的质量决定的,与自行车运动还是静止、运动速度是大是小、是加速还是减速都没有关系。的确,为了顺利的爬上坡顶,人们往往在上坡前用力蹬车。这个现象可以用另外的知识去解释,在此不再赘述,但不能把提高速度和增大惯性联系起来。