慣性概念的錯誤認識及辨析

張瑞生

從初中到高中，學生在學習慣性概念時，形成了以下三種錯誤認識，從而影響了對牛頓第一、第二定律的學習。

一、錯誤認識一：物體不受外力時總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，慣性是物體保持運動狀態不變的性質，故在外力作用下，物體的運動狀態發生了變化說明不受外力作用的物體有慣性，受外力作用的物體失去了慣性。

辨析：慣性是一切物體固有的屬性，不因物體是否受外力而變化。只所以需要外力作用物體的運動狀態才能發生變化。正標明物體時刻具有保持運動狀態不變的性質，即慣性。

二、錯誤認識二：只有靜止或勻速直線運動的物體才有慣性，速度狀態發生變化的物體沒有慣性。

辨析：慣性是物體固有的，表現為物體保持運動狀態不變。也就是說運動狀態不變的物體表現出了慣性，而運動狀態正在發生變化的物體一旦失去了使之運動狀態變化的外力，馬上也保持運動狀態不變，說明它在運動狀態變化時也有慣性。運動狀態改變的物體必須受到連續的外力作用才能實現運動狀態持續的變化，體現了慣性的存在。

三、錯誤認識三：慣性是一種力，使物體保持運動狀態不變。

辨析：慣性是物體的一種屬性而不是一種力，將它視為一種力，意味著運動由這個“力”來維持，違背了力和運動的關系，并且無法確定出這個“力”的施力物體。

例：關于慣性的說法中錯誤的是：

A、只有靜止或勻速直線運動的物體才有慣性

B、速度改變了，意味著物體的慣性改變

C、力可以改變物體的慣性

D、物體受的力越大，物體的慣性就越小

E、只有物體運動狀態改變時才有慣性

解析：慣性是物體的固有屬性，任何物體都具有慣性，不會因外界因素的變化而變化，所以ABCDE均錯誤。

因此，關于“慣性”，我們應該掌握以下三點：

1、“慣性”是物體的屬性，不論物體處于什么樣的運動狀態，不論物體受不受力，也不論物體所在什么樣的地理位置，物體均具有“慣性”。

2、“質量”是物體“慣性”大小的量度，物體質量越大，其“慣性”也越大。但不能認為，物體“重力”越大，其“慣性”越大。其錯誤在于：物體的重力與物體所在地理位置有關，而質量與地理位置無關。況且物體即使處于完全失重狀態，仍有“慣性”。物體確定，其“慣性”一定。因此，萬萬不能認為物體重力越大，其“慣性”越大。

3、物體運動狀態改變時，表現出“慣性”。任何物體，在任何情況下都有“慣性”。但是，只有當物體的運動狀態改變時，才表現出“慣性”。

牛頓闡述第一定律的方式很值得一提，他將第一定律建立在一個所謂的絕對時空——不依賴于外界任何事物而獨自存在的參考系。絕對時空是一個地位獨特的絕對參考系。在絕對時空中，物體具有保持原來運動狀態的性質。這性質稱為慣性。因此，第一定律又稱為慣性定律。但以現代物理學的觀點看來，并不存在一個地位獨特的絕對參考系。

在牛頓時期，固定星體時常被用為參考系，這是因為，相對于絕對空間，它們大致靜止不動。在那些相對于固定星體呈靜止不動或勻速直線運動的參考系中，牛頓運動定律被認為正確無誤。但是，現在我們知道，固定星體并不是固定不動。在銀河系內的固定星體會隨著整個星系旋轉，顯示出自行。現在，慣性參考系的概念不再依賴絕對空間或固定星體。

但是實際而言，選擇以固定星體來近似慣性參考系，造成的誤差相當微小。例如，地球繞著太陽的公轉所產生的離心力，比太陽繞著銀河系中心的公轉所產生的離心力，要大三千萬倍。所以，在研究太陽系中星體的運動時，太陽是一個很好的慣性參考系。