關于慣性問題的分析方法

文/劉釗

摘 要：慣性是一切物體固有的屬性，即保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質。在任何時間、處于任何狀態中的物體都具有慣性，它不因外界（作用力）條件的改變而改變，物體不受外力時，保持靜止或勻速直線運動狀態是慣性的表現；受到外力時，物體運動狀態的改變有難易的區別，也是慣性的表現。

關鍵詞：慣性問題；分析方法；運動狀態

由于自然界中并不存在顯示慣性運動（勻速運動）的條件——不受力，致使不少學生對“慣性”是物體的固有屬性認識不清，因此在“慣性”一詞前面往往錯加上“產生”“出現”“受到”“給它一個”等詞，如說：“沿著桌面運動的小車遇到障礙物突然停止時，車上的木塊產生（或出現）了慣性……”“當小車遇到障礙物突然停止時，車上的木塊還在做勻速直線運動，車給木塊一個慣性，所以……”“汽車急剎車時，乘客會向前傾，是因乘客受到慣性的作用。”

一、學生的錯誤認識

有關慣性的現象學生是比較熟悉的，但對于與慣性有關現象的整個物理過程，有些學生卻難以理解和表述，因而產生錯誤的認識或發生概念上的混淆，突出表現在以下幾個方面：

1.錯誤地認為力是使物體產生運動的原因，因而把物體的慣性看作是驅使物體運動的一種“力”，他們說：“當小車遇到障礙物而突然停止時，與車一起運動的木塊還有向前的力，所以它向前倒下。”有些學生還常常說：“作慣性運動（勻速直線運動）的物體一定要外力維持，沒有外力，物體就根本動不起來。”他們把力和慣性的概念混淆了，造成了無中生有的力。學生應該明白：通常所見的勻速直線運動中，由于物體受到摩擦力的作用，因而所施的外力純粹是為了克服摩擦力的；物體由靜止到運動，是加速過程，需要外力，這和勻速直線運動的情況不同，如果沒有摩擦，則用以克服摩擦所需的外力也就不必要了；物體由靜止到運動得到一定速度后，若將外力撤去，物體就將保持這個速度做勻速直線運動，這樣就得出了勻速直線運動不需要外力維持的結論。

2.把慣性和慣性定律混淆，有些學生錯誤地認為只有物體不受外力作用時，物體才具有慣性，他們說：“因為一切物體在沒有受到外力作用時，都具有永遠保持勻速直線運動和靜止狀態的性質，當小車遇到障礙突然停止運動時，原來直立在車上的木塊由于沒有受到阻力，它才具有慣性，所以倒下來。”他們弄不清“慣性”與“慣性定律”的區別，應該指出，慣性是一切物體普遍具有的一種性質，不論物體受的合力是否為零，它都具有慣性，而慣性定律（牛頓第一運動定律）則是研究物體在不受外力作用時如何運動的問題，是運動定律，為了突出此時物體僅在慣性支配下運動，故稱為“慣性定律”。但這絕不意味著物體只有這時才具有慣性，要讓學生要弄清：“保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質（慣性）”與“保持勻速直線運動狀態或靜止狀態的原因”是兩回事，不可混為一談。

3.由于教材是從火車或汽車突然開動或緊急剎車等運動狀態發生改變的過程中揭示慣性的存在的，以致使學生往往誤認為物體只有在運動狀態發生改變時才具有慣性，其實，物體在任何時候都具有慣性，與受力與否無關，與運動狀態變化與否也無關，這在前面已作了論述。必須讓學生明白：人在勻速直線運動的車上或靜止的車上，也都具有慣性，只是它的存在未表現出來罷了。

二、解釋或說明慣性現象時應注意的方面

學生在解釋或說明慣性現象的問題時，往往只是籠統地回答“這是由于物體的慣性”或“這是慣性現象”，沒有接觸問題的實質，為了正確理解與慣性有關現象的整個物理過程，提高分析問題、解決問題的能力和表達能力，學生可按以下三點進行具體的分析：

1.審清題意，確定“研究對象”，“研究對象”有時是整個物體，有時是一個物體的不同部分，有時是幾個物體。

2.弄清“研究對象”原來處于什么運動狀態（是靜止還是

運動）。

3.具體分析“研究對象”或其不同部分在過程中有沒有受到能改變它的運動狀態的力的作用，如果“研究對象”的某一部分受到外力的作用，則該部分的運動狀態就要改變，而“研究對象”的另一部分如沒有受到外力的作用，由于慣性要保持原有的運動狀態，這樣就能緊扣量目中的現象得出正確的結論或使問題得到正確解釋。例如，解釋“為什么從行駛的汽車上跳下來容易摔倒”這一現象時，應該抓住如下三點：（1）把“跳下車的人”作為“研究對象”；（2）人（研究對象）乘行駛的汽車時，對地面來說，具有跟汽車同樣的速度；（3）人（研究對象）從汽車上跳下來時，人的腳（研究對象的一部分）由于跟地面接觸受到摩擦力的作用，很快減速或停止下來；而人的身體（上身：研究對象的另一部分）沒有受到摩擦力，由于慣性，仍然保持著原來向前的速度，所以，人容易摔倒；（4）原先鏟子和煤（研究對象）一起向灶門運動；（5）當手用力使鏟子（研究對象的一部分）突然停止前進時，鏟子上的煤（研究對象的另一部分）并沒受到阻力，由于慣性的緣故，煤仍順著鏟子原來的運動方向運動，進入灶內。

編輯 韓 曉