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[摘要]阐述牛顿第一定律的内容与物体惯性之间的关系。客观现象与主观经验对牛顿第一定律产生的误解。
[关键词]牛顿第一定律 惯性 力 主观经验
牛顿第一运动定律的内容可表述如下:任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,直到受到其它物体所作用的力迫使它改变这种状态为止。
关于“牛顿第一运动定律”应明确:物体都有维持静止和做匀速直线运动的趋势,因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的,没有外力,它的运动状态是不会改变的。物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性。惯性的大小由物体的质量量度,所以牛顿第一定律也称为惯性定律。牛顿第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用,指出了是力改变了物体的运动状态,因为加速度是描写物体运动状态的变化,所以力是和加速度相联系的,而不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点,往往容易产生错觉。
学习牛顿第一定律应注意的问题
1.牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立,实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立,作为一个参照系是否惯性参照系的判据。
2.牛顿第一定律是通过分析事实,再进一步概括、推理得出的。我们周围的物体,都要受到这个力或那个力的作用,因此不可能用实验来直接验证这一定律。但是,从定律得出的一切推论,都经受住了实践的检验,因此,牛顿第一定律已成为大家公认的力学基本定律之一。
对牛顿第一定律理解与总结
1.牛顿第一运动定律肯定了力的概念,并说明了一切物体都具有惯性。
(1)肯定了力的概念
由牛顿第一运动定律的表述中可以看到,从起源上看,力是物体间的相互作用;从效果上看,力是改变物体运动状态的原因。故牛顿第一运动定律从力的起源和力的效果上肯定了力的概念。有人认为力是产生速度和维持速度的原因,这种看法是错误的。造成这种错误的原因是多方面的,有客观因素也有主观因素。下面我们来分析这个问题。
①客观因素
譬如一辆车,你不推它,它就不动。原来静止的车,要想使它动起来,必须给它一个力,好象力是用来产生速度的。又如一辆汽车,关掉油门后,它便慢慢地停下来。如果要使它保持原有的速度运动,便必须把发动机开动起来。因此容易使人产生一个错觉,好象力是用来产生速度或维持速度的,而实际上并非如此。我们知道,要想使一辆原来静止的车动起来确实需要力。而从静止到有速度,速度是改变了,也就是说产生了加速度,所以力是产生加速度的原因。汽车关掉油门后会逐渐停下来,是因为受到地面对它的摩擦阻力作用,这个摩擦阻力与它的运动方向相反,产生了一个与汽车运动方向相反的加速度,于是它就越来越慢。要想使它仍保持原来的速度运动,则要将发动机开动起来,使地面再对它产生一个向前的力,从而使它产生一个向前的加速度,这个力的作用与摩擦力的作用相互抵消,也就是合力等于零的情况。所以,如果我们对有些现象不加分析,就会误认为力是产生或维持速度的原因。这一点必须注意。
②主观因素
在头脑中没有分清速度和加速度这两个概念。速度是描写运动状态的,而加速度是描写速度的变化率的。速度要改变(或大小改变,或方向改变,或大小和方向皆改变)才会有加速度,因此加速度的概念是描写运动状态改变的。而牛顿第一定律说明力是改变运动状态的原因,显然力一定是跟加速度相联系,而不是跟速度相联系。
(2)说明了物体具有保持原有运动状态的特性——惯性
物体在不受其他物体对它的作用时,它便保持原有的静止或匀速直线运动的状态,物体的这种本领叫作惯性(以前叫惰性。顾名思义,惰性就是懒惰的性质,好象物体因懒惰而不愿改变其原有的运动状态),因而牛顿第一定律又叫做惯性定律。
物体的惯性不仅表现在物体不受外力时,将保持其原有运动状态,原来静止的继续静止,原有运动的则作匀速直线运动,其速度的大小和方向都不改变;而且物体的惯性还表现在使其运动状态改变时的难易程度上。在一定外力作用下,物体的惯性愈大,要使它改变运动状态就愈难,它所获得的加速度也愈小;物体的惯性愈小,要使它改变运动状态就愈容易,它所获得的加速度也愈大。
惯性无论是在日常生活中,或是在工农业生产中,应用都是非常广泛的。譬如,一个锤头松了以后,我们把锤拿到石头上礅几下,锤头就压紧了,这实际上是利用了惯性。因为锤头和锤把向下运动时,都有向下运动的惯性,礅到石头上后,锤把停止运动,锤头仍有向下运动的惯性,直到锤把对锤头的摩擦力阻止它继续向下运动为止,因而锤头被压紧。又如,用抖衣的办法,抖去身上的尘土,也是利用了物体的惯性。因抖动前,衣服和尘土颗粒都是静止的,抖动衣服,衣服运动起来了,而尘土还保持原有的静止状态,就跟衣服分离开来,并在重力的作用下掸落下去。当然,惯性也给人类带来些不方便。坐车时,如车突然刹住我们就会因惯性而向前倾倒。跑步时,如脚下绊着砖头,我们也会因惯性而摔倒。另外,车辆惯性大,刹车就困难。例如火车就比汽车刹车困难。因此,惯性有其有利的一面,也有其不利的一面。
2.牛顿第一定律中,所谈到的物体,实际上指的是质点。也就是说,我们这里只涉及平动而不涉及转动。因为质点无大小,它只能平动而不能转动。如谈的是具有一定大小的物体,也是只涉及平动而不涉及转动,因为做平动的物体上,各点运动规律是相同的。上面所说的惯性也指的是平动的惯性。
3.牛顿第一定律是大量直观经验和实验事实的抽象概括,不能用实验直接证明。
从牛顿第一定律的表述中可以看到,物体是在不受其他物体作用时,才保持原有的运动状态的,而不受其他物体作用的孤立物体实际上是不存在的,一个物体总要受到其他物体对它的作用,找不到不受任何物体作用的物体,所以牛顿第一定律是不能用实验直接证明的,而是大量实验事实的抽象概括。
作者单位:陕西建设技术学院
[关键词]牛顿第一定律 惯性 力 主观经验
牛顿第一运动定律的内容可表述如下:任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,直到受到其它物体所作用的力迫使它改变这种状态为止。
关于“牛顿第一运动定律”应明确:物体都有维持静止和做匀速直线运动的趋势,因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的,没有外力,它的运动状态是不会改变的。物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性。惯性的大小由物体的质量量度,所以牛顿第一定律也称为惯性定律。牛顿第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用,指出了是力改变了物体的运动状态,因为加速度是描写物体运动状态的变化,所以力是和加速度相联系的,而不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点,往往容易产生错觉。
学习牛顿第一定律应注意的问题
1.牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立,实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立,作为一个参照系是否惯性参照系的判据。
2.牛顿第一定律是通过分析事实,再进一步概括、推理得出的。我们周围的物体,都要受到这个力或那个力的作用,因此不可能用实验来直接验证这一定律。但是,从定律得出的一切推论,都经受住了实践的检验,因此,牛顿第一定律已成为大家公认的力学基本定律之一。
对牛顿第一定律理解与总结
1.牛顿第一运动定律肯定了力的概念,并说明了一切物体都具有惯性。
(1)肯定了力的概念
由牛顿第一运动定律的表述中可以看到,从起源上看,力是物体间的相互作用;从效果上看,力是改变物体运动状态的原因。故牛顿第一运动定律从力的起源和力的效果上肯定了力的概念。有人认为力是产生速度和维持速度的原因,这种看法是错误的。造成这种错误的原因是多方面的,有客观因素也有主观因素。下面我们来分析这个问题。
①客观因素
譬如一辆车,你不推它,它就不动。原来静止的车,要想使它动起来,必须给它一个力,好象力是用来产生速度的。又如一辆汽车,关掉油门后,它便慢慢地停下来。如果要使它保持原有的速度运动,便必须把发动机开动起来。因此容易使人产生一个错觉,好象力是用来产生速度或维持速度的,而实际上并非如此。我们知道,要想使一辆原来静止的车动起来确实需要力。而从静止到有速度,速度是改变了,也就是说产生了加速度,所以力是产生加速度的原因。汽车关掉油门后会逐渐停下来,是因为受到地面对它的摩擦阻力作用,这个摩擦阻力与它的运动方向相反,产生了一个与汽车运动方向相反的加速度,于是它就越来越慢。要想使它仍保持原来的速度运动,则要将发动机开动起来,使地面再对它产生一个向前的力,从而使它产生一个向前的加速度,这个力的作用与摩擦力的作用相互抵消,也就是合力等于零的情况。所以,如果我们对有些现象不加分析,就会误认为力是产生或维持速度的原因。这一点必须注意。
②主观因素
在头脑中没有分清速度和加速度这两个概念。速度是描写运动状态的,而加速度是描写速度的变化率的。速度要改变(或大小改变,或方向改变,或大小和方向皆改变)才会有加速度,因此加速度的概念是描写运动状态改变的。而牛顿第一定律说明力是改变运动状态的原因,显然力一定是跟加速度相联系,而不是跟速度相联系。
(2)说明了物体具有保持原有运动状态的特性——惯性
物体在不受其他物体对它的作用时,它便保持原有的静止或匀速直线运动的状态,物体的这种本领叫作惯性(以前叫惰性。顾名思义,惰性就是懒惰的性质,好象物体因懒惰而不愿改变其原有的运动状态),因而牛顿第一定律又叫做惯性定律。
物体的惯性不仅表现在物体不受外力时,将保持其原有运动状态,原来静止的继续静止,原有运动的则作匀速直线运动,其速度的大小和方向都不改变;而且物体的惯性还表现在使其运动状态改变时的难易程度上。在一定外力作用下,物体的惯性愈大,要使它改变运动状态就愈难,它所获得的加速度也愈小;物体的惯性愈小,要使它改变运动状态就愈容易,它所获得的加速度也愈大。
惯性无论是在日常生活中,或是在工农业生产中,应用都是非常广泛的。譬如,一个锤头松了以后,我们把锤拿到石头上礅几下,锤头就压紧了,这实际上是利用了惯性。因为锤头和锤把向下运动时,都有向下运动的惯性,礅到石头上后,锤把停止运动,锤头仍有向下运动的惯性,直到锤把对锤头的摩擦力阻止它继续向下运动为止,因而锤头被压紧。又如,用抖衣的办法,抖去身上的尘土,也是利用了物体的惯性。因抖动前,衣服和尘土颗粒都是静止的,抖动衣服,衣服运动起来了,而尘土还保持原有的静止状态,就跟衣服分离开来,并在重力的作用下掸落下去。当然,惯性也给人类带来些不方便。坐车时,如车突然刹住我们就会因惯性而向前倾倒。跑步时,如脚下绊着砖头,我们也会因惯性而摔倒。另外,车辆惯性大,刹车就困难。例如火车就比汽车刹车困难。因此,惯性有其有利的一面,也有其不利的一面。
2.牛顿第一定律中,所谈到的物体,实际上指的是质点。也就是说,我们这里只涉及平动而不涉及转动。因为质点无大小,它只能平动而不能转动。如谈的是具有一定大小的物体,也是只涉及平动而不涉及转动,因为做平动的物体上,各点运动规律是相同的。上面所说的惯性也指的是平动的惯性。
3.牛顿第一定律是大量直观经验和实验事实的抽象概括,不能用实验直接证明。
从牛顿第一定律的表述中可以看到,物体是在不受其他物体作用时,才保持原有的运动状态的,而不受其他物体作用的孤立物体实际上是不存在的,一个物体总要受到其他物体对它的作用,找不到不受任何物体作用的物体,所以牛顿第一定律是不能用实验直接证明的,而是大量实验事实的抽象概括。
作者单位:陕西建设技术学院