如何理解惯性与速度无关

来源 :中学物理·高中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yefenggege
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  读了贵刊2012年第9期熊化高老师的文章《走出惯性的深层误区》,深受启发,可笔者对惯性与速度无关这一点还是意犹未尽.笔者认为可以有以下两种方法给学生说清楚为什么.
  1反证法
  设想如果速度越大惯性越大,那么反过来速度越小惯性也就越小.当物体的速度为零时就没有了惯性,运动状态可以任意改变,这很显然与牛顿第一定律的内容不符合.这种讲法通俗易懂,学生很容易理解.
  2通过实验分析惯性的量度
  惯性是物体保持原来运动状态的性质.惯性的大小就是保持原来的运动状态本领的大小,也就是改变物体运动状态的难易程度.惯性越小,运动状态越容易改变,惯性越大,运动状态越难改变.运动状态的改变就是速度的变化,运动状态改变的难易程度是指在相同外力作用下物体速度改变的快慢,也就是加速度的大小.所以惯性的大小表现为:在相同外力作用下,物体的加速度越大,惯性越小,加速度越小,惯性越大;也可以表现为让物体产生相同的加速度所需要的力越大,惯性越大,需要的力越小,惯性越小.这样我们就可以设计以下两个实验来研究:
  实验1控制外力不变,改变物体的质量,测量不同质量的物体在相同外力作用下加速度的大小.
  实验2控制物体的质量不变,改变物体所受的外力,测量在不同外力作用下质量相同的物体加速度的大小.
  这实际上也就是教材第二节《探究加速度与力、质量的关系》,通过以上两个实验可以得到:加速度与外力成正比,与质量成反比,即a=f/m.通过上面的实验以及这个式子,结合对惯性大小的分析可以看出:质量越大,惯性越大,质量越小,惯性越小,与速度无关.
  3通过实验分析惯性的量度的可行性
  百闻不如一见,通过实验能更好地说明问题.通过上面的分析可以看出,惯性的大小最终都反应在对加速度和外力之间的关系的讨论上.而教材在第二节就安排了这个实验,这种做法与教材的安排是一脉相承的.在人民教育出版社出版的课程标准实验教科书《物理-必修1》中,在讨论惯性与质量时指出:观察和实验表明,对于任何物体,在受到相同的作用力时,决定它们运动状态变化难易程度的惟一因素就是它们的质量.由此我们得出结论:描述物体惯性的物理量就是它们的质量.教材在这里没有花大量的篇幅去论述原因,而只是指明"质量是惯性的惟一量度"这一结论是通过观察和实验得到的.笔者认为教材的这种编排就是要我们通过第二节的实验或者用牛顿第二定律来说明质量是惯性的惟一量度,与速度无关.
  牛顿第一定律是牛顿总结了伽利略、笛卡尔等人的研究成果,概括出一条重要的物理规律;而牛顿第二定律是由实验总结出来的规律,各自具有独立性;牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础,为牛顿第二定律指明了方向,牛顿第二定律又反过来验证了惯性定律.所以用牛顿第二定律来说明质量是惯性的惟一量度是可行的.
  总之,在《牛顿第一定律》这一节中要让学生理解惯性与速度无关是很有难度的,不符合学生的认知规律,不如先放一放,学习了第二节之后再回过头来看惯性的量度,即符合认知规律,也降低了学生的学习难度,学生学起来会轻松很多.
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