掌握思維秘訣，學(xué)好運動和力

郭友忠

建立“正確的新概念”最大障礙就是“錯誤的前概念”的干擾，解決這類問題最好的辦法就是通過客觀事實向“錯誤的前概念”進行質(zhì)疑，只有對“錯誤的前概念”產(chǎn)生了動搖，才有可能使“正確的新概念”得以建立。

學(xué)習(xí)“運動和力的關(guān)系”的落腳點就是解決四個問題：

1. 力是維持物體運動的原因嗎？

2. 什么原因使運動著的物體停下來？

3. 維持運動的原因究竟是什么？

4. 運動和力的關(guān)系是什么？

下面給同學(xué)們談?wù)剬W(xué)好“運動和力的關(guān)系”的思維技巧——質(zhì)疑、推理與嘗試應(yīng)用。

一、仔細(xì)觀察運動物體停下來所經(jīng)歷的過程

現(xiàn)象：物體在失去推力或拉力后，并不是立即停下來，而是要繼續(xù)運動一段距離才停下來。例如：

1. 行駛著的列車在關(guān)閉發(fā)動機后，失去了牽引力的作用，但并不是立即停下來，而是繼續(xù)向前運動一段距離。

2. 門球被小錘子敲擊出去后，錘子不再繼續(xù)對它施加力的作用，但它要繼續(xù)通過一段距離才會停下來。

3. 用力推車子，車子會前進，當(dāng)推力撤除后，車子不會馬上停止下來，而是要繼續(xù)向前運動一段距離。

4. 蕩起的秋千在失去推動力后，并不是馬上停下來，而要繼續(xù)擺動一段時間。

……

質(zhì)疑：如果物體的運動需要力來維持，那么，推力或拉力停止作用在物體上以后物體就應(yīng)該立刻停下來，那為什么還能繼續(xù)向前運動一段距離呢？

推理：物體能夠繼續(xù)運動一段距離，該過程不可能是因為物體受到力的作用而維持物體運動的——說明物體的運動并不需要力來維持。

二、深入探究運動物體停下來所通過的距離特點

現(xiàn)象：物體以相同的速度在粗糙程度不同的水平面上運動時，停止運動前所通過的距離不同，摩擦力越小，通過的距離越大。例如：

1. 教材中從同一斜面上相同位置滑下的物塊，以相同的速度沿粗糙程度不同的水平面運動，水平面越光滑，物體在停止運動前通過的距離越遠(yuǎn)。

2. 車以相同的速度行駛時，冬天在雨雪路面上緊急剎車要比晴天在瀝青路面上緊急剎車容易發(fā)生交通事故。

……

質(zhì)疑：當(dāng)作用在運動物體上的拉力或推力撤除后，粗糙的水平面對運動的物體有摩擦阻力的作用。那么，物體此時繼續(xù)受力但為什么會停下來呢？

推理：摩擦阻力阻礙物體的運動，使物體的速度逐漸減小，且摩擦阻力越小，物體的速度減小得越慢——物體之所以會停下來并不是因為沒有力的作用，而是因為受到摩擦阻力作用。

三、科學(xué)推理物體沒有受力的作用時的運動規(guī)律

現(xiàn)象：摩擦阻力越小，物體停止運動前所通過的距離越大。

質(zhì)疑：摩擦阻力是運動物體能夠停止下來的原因，如果沒有摩擦阻力的作用，物體的速度將如何變化？運動多遠(yuǎn)的距離才能停下來？

推理：物體在運動方向上沒有受到力的作用時，速度將保持不變，運動會永遠(yuǎn)保持下去——說明運動物體在沒有受到力的作用時將保持勻速直線運動狀態(tài)。

四、正確理解物體能夠保持運動狀態(tài)不變的原因

現(xiàn)象：一切運動著的物體在停止運動前都要通過一段距離，而不會立刻停止下來。

質(zhì)疑：一切物體在失去推動力的作用后，仍要繼續(xù)向前運動一段距離，說明物體的運動具有保持性。那么，是什么原因使物體的運動得以保持呢？

推理：既然運動的保持性在物體不受力或受到阻力作用時都能體現(xiàn)出來，這種保持性就應(yīng)該是物體自身的一種特性——說明一切物體都具有保持原來運動狀態(tài)不變的特性，即慣性（慣性的含義就是保持性的意思）。慣性是物體運動狀態(tài)保持不變的原因。

五、明確牛頓第一定律的物理含義

牛頓在總結(jié)了前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的推理概括出了運動和力的關(guān)系，即牛頓第一定律：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。學(xué)習(xí)中牛頓第一定律要從如下四個方面理解：

1. 現(xiàn)實中不受力的物體是不存在的，所以牛頓第一定律是一種推理，不能用實驗驗證。

2. 物體在不受力的作用時的運動規(guī)律——保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。

3. 運動和力的具體關(guān)系——物體的運動不需要力來維持，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。

4. 一切物體都具有保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)，即慣性——慣性是物體運動狀態(tài)保持不變的原因。

六、嘗試解決與“運動和力的關(guān)系”相關(guān)的問題

下面列舉幾個典型的慣性實例，以幫助同學(xué)們理解運動和力的關(guān)系，從而進一步領(lǐng)會力并不是維持物體運動狀態(tài)不變的原因，而是改變物體運動狀態(tài)（速度）的原因。

例1如圖1所示，重球系于線DC下端，重球下再系一根同樣的線BA。請你分析一下：

（1）如果在A端慢慢增加拉力，結(jié)果哪根線先斷？為什么？

（2）如果在A端突然猛力一拉，結(jié)果哪根線先斷？為什么？

解析當(dāng)在A端緩慢增加拉力時，CD線上的拉力可以認(rèn)為等于A端拉力與重球的重力大小之和，即CD線上的拉力大于AB線上的拉力，所以CD線容易被拉斷。

當(dāng)在A端突然猛力一拉時，AB線上的力突然增大，由于慣性，重球的靜止?fàn)顟B(tài)沒來得及發(fā)生變化，CD線上的力可以認(rèn)為保持不變，即CD線上的拉力小于AB線上的拉力，所以AB線容易被拉斷。

例2火車在平直軌道上勻速行駛，門窗禁閉的車廂內(nèi)有一人向上跳起，發(fā)現(xiàn)仍落回車上原處，這是為什么？

解析人跳起后，由于慣性在水平方向上保持與車同樣的速度，所以落回原處。

例3關(guān)于牛頓第一定律的說法，下列各觀點正確的是（）

A. 驗證牛頓第一定律的實驗可以做出來，所以牛頓第一定律是正確的

B. 驗證牛頓第一定律的實驗做不出來，所以牛頓第一定律不能肯定是正確的

C. 驗證牛頓第一定律的實驗做不出來，仍可以在事實的基礎(chǔ)上，進一步科學(xué)推理得出牛頓第一定律

D. 牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律

解析牛頓第一定律是在前人研究的基礎(chǔ)上提出來的。伽利略以可靠的實驗事實為依據(jù)，經(jīng)過科學(xué)抽象，得出了力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因的科學(xué)論斷，為牛頓第一定律的建立奠定了堅實的基礎(chǔ)。牛頓第一定律的最大貢獻就是提出了慣性的概念，所以也把這一定律叫做慣性定律。所以選項C、D是正確的。

例4錘頭松了，把錘柄在地面上磕幾下，錘頭就緊緊地套在錘柄上了，為什么？

解析在把錘柄向地面上磕的過程中，錘頭與錘柄有共同的向下速度。當(dāng)錘柄磕到地面上時，由于地面的阻礙作用，錘柄很快停止了運動，但錘頭在慣性的作用下將繼續(xù)向下運動，所以就緊緊地套在錘柄上了。