浅谈高中物理的惯性定律

浅谈高中物理的惯性定律

惯性定律即牛顿第一运动定律，它是牛顿在伽利略等人的研究基础上，再经过自己的研究总结归纳出来的。

惯性：任何物体都有保持其原来运动状态不变的特性，这个特性叫惯性。当物体不受其他物体的作用时，该物体将继续保持原来的运动状态不变；当物体受到其他物体的作用时，惯性表现为阻碍物体运动状态的改变，物体的惯性大，原来的运动状态就不易改变；物体的惯性小，就容易改变原来的运动状态。

质量是物体惯性大小的量度，即质量越大，惯性就越大；质量越小，惯性就越小，惯性的大小跟它受不受力，运不运动无关。

惯性定律及表述：伽利略提出著名的斜面实验，小球从光滑的斜面上滚下来，小球因受重力作用沿斜面加速运动后继续在平面上滚动，先后让小球在铺有毛巾，棉布，光滑木板上水平运动，实验结果是小球运动得越来越远，经科学推理，若忽略空气阻力，并使平面的摩擦力减小到零，物体在光滑的水平面上保持匀速直线一直运动下去。因此，牛顿第一定律的表述为：任何物体都保持静止状态或匀速直线运动状态，除非施加外力迫使其改变这种状态。我们平常所见的物体的运动，往往受到重力和摩擦力的影响，要想做此实验，必须设计理想的情况，一是可以进入太空中的飞船中进行实验，二是利用气垫导轨装置，使实验接近无摩擦力影响的理想情况。把滑块轻轻地放在水平的导轨上，空气垫支承它静止不动，然后轻轻推动以下滑块，使其自由运动，滑块就将沿导轨缓慢平稳地作匀速直线运动。

在描述滑块作匀速直线运动时，是以地球为参考系的，若选择固定的导轨或相对于导轨作匀速直线运动的其他物体作为参考系，同样也能判断出滑块做匀速直线运动。但是，并非所有的参考系在描述滑块的运动时都能得出它做匀速直线运动的结论。比如：以相对于导轨做加速运动的其它物体为参考系，尽管滑块不是匀速的，其运动却不是匀速的。我们把能使牛顿第一定律成立的参考系叫做惯性参考系。只有在惯性系中，牛顿第一定律才成立。

因为任何物体之间都存在相互作用，不受力作用的物体是不存在的，关于惯性定律，爱因斯坦多次这样说过：“一个物体在离其它物体有足够远时，它将一直保持静止状态或匀速直线运动状态”。惯性定律的意义和作用：

1、牛顿第一定律给出了“惯性”的概念，即惯性是一切物体所具有的保持其运动状态不变的特性。

2、由于物体在其他物体的作用下会改变原来的运动状态，因而牛顿第一定律定性地给出了力的定义：力是物体间的相互作用，由于力的作用，受力物体的运动状态会发生变化。这就指出了力和运动的关系，从而把力的概念（力是物体间的相互作用）---引到了“力是改变物体运动状态的原因”。

3、牛顿第一定律给出了物体所在的参考系是否是惯性系的判别标准，在此参考系中若物体不受其他物体的作用能够保持静止状态或匀速直线运动状态，该参考系就是惯性参考系，即牛顿第一定律成立的参考系是惯性系。

有关惯性问题中容易出现的疑难问题：

1、惯性不能被克服：有的人认为：“物体在没有受到外力作用时能保持静止或匀速直线运动状态，是有惯性的，比如用力踢球，使其由静止开始运动是克服了球的惯性”。这种说法是不正确的。惯性是物体的固有属性，它跟外界因素无关。同一物体，在静止，运动；受力或不受力，受恒力或受变力 任何情况下，其惯性大小都是不变的。也就是说，惯性这一属性总是表现为：“保持原状，反抗改变”。

2、惯性是一条独立的定律：在对牛顿第一定律的理解中，有一种错误的认识：认为牛顿第一定律是物体所受合力为零时牛顿第二定律的一种特殊情况，由F=ma当物体所受合外力为零时，让产生的加速也应该为零，物体将保持静止或匀速直线运动状态，也就是说牛顿第一定律不是一条独立的定律，它是第二定律的一种特殊形式。

应该怎样来正确认识呢？

第一，正因为牛顿第一定律为我们指出了物体在没有受到其他物体作用时所处的运动状态，我们才可能进一步研究当物体受到其他物体作用时又将处于怎样的运动状态。牛顿第一定律定律确定了力涵义，指出物体如果受到其他物体对它的作用力时，其运动状态将要发生改变，但是如果我们不知道物体在不受力情况下处于怎样的运动状态，要研究在力的作用下物体将做怎样的运动，显然是不可能的。

第二，根据F=ma，合力F=0则a=0，（即物体保持静止或匀速直线运动状态），从数学角度看，牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例，但如何量度物体的加速度，必须选择一个参考系统，使得物体不受力时相对该参考系的加速度为零，这个参考系一定要是惯性参考系，而判别一个参考系是否惯性参考系，要求用牛顿第一定律作为判别的标准，所以没有牛顿第一定律，就无法量度物体的加速度，因而，牛顿第一定律是一条独立的定律，不能用第二牛顿定律来代替它，概括它。

惯性是物体的固有属性，惯性的大小是由物体的质量决定的，只要质量一定，物体的惯性大小也就完全确定了，不管物体处于什么状态，是静止，还是运动状态；是运动速度大还是小，是体积大还是小，是位置高还是低等等，只要物体的质量不变，惯性大小也就不变。

现在我们再来分析一下以上的生活现象，由于汽车具有惯性的缘故，汽车在刹车时具有一定的速度，汽车由于惯性要保持原来的运动状态即其速度不变，所以能向前滑行，但向前滑行的距离长短，不能用“速度大惯性大”来解释。惯性的大小与物体的运动姿态无关。汽车刹车时速度大，刹车后滑行的距离较长是因为刹车时汽车其有较大的动能，在阻力相同时就要向前运动较长的距离。

只要我们在学习的过程中，正确理解惯性，并能正确地运用惯性定律，我们就能解决很多惯性方面的问题。

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