慣性概念的錯誤認(rèn)識及辨析

張瑞生

從初中到高中，學(xué)生在學(xué)習(xí)慣性概念時，形成了以下三種錯誤認(rèn)識，從而影響了對牛頓第一、第二定律的學(xué)習(xí)。

一、錯誤認(rèn)識一：物體不受外力時總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，慣性是物體保持運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，故在外力作用下，物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)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(yùn)動狀態(tài)才能發(fā)生變化。正標(biāo)明物體時刻具有保持運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，即慣性。

二、錯誤認(rèn)識二：只有靜止或勻速直線運(yùn)動的物體才有慣性，速度狀態(tài)發(fā)生變化的物體沒有慣性。

辨析：慣性是物體固有的，表現(xiàn)為物體保持運(yùn)動狀態(tài)不變。也就是說運(yùn)動狀態(tài)不變的物體表現(xiàn)出了慣性，而運(yùn)動狀態(tài)正在發(fā)生變化的物體一旦失去了使之運(yùn)動狀態(tài)變化的外力，馬上也保持運(yùn)動狀態(tài)不變，說明它在運(yùn)動狀態(tài)變化時也有慣性。運(yùn)動狀態(tài)改變的物體必須受到連續(xù)的外力作用才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)持續(xù)的變化，體現(xiàn)了慣性的存在。

三、錯誤認(rèn)識三：慣性是一種力，使物體保持運(yùn)動狀態(tài)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(yùn)動由這個“力”來維持，違背了力和運(yùn)動的關(guān)系，并且無法確定出這個“力”的施力物體。

例：關(guān)于慣性的說法中錯誤的是：

A、只有靜止或勻速直線運(yùn)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(yùn)動狀態(tài)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(guān)于“慣性”，我們應(yīng)該掌握以下三點(diǎn)：

1、“慣性”是物體的屬性，不論物體處于什么樣的運(yùn)動狀態(tài)，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(zhì)量”是物體“慣性”大小的量度，物體質(zhì)量越大，其“慣性”也越大。但不能認(rèn)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(guān)，而質(zhì)量與地理位置無關(guān)。況且物體即使處于完全失重狀態(tài)，仍有“慣性”。物體確定，其“慣性”一定。因此，萬萬不能認(rèn)為物體重力越大，其“慣性”越大。

3、物體運(yùn)動狀態(tài)改變時，表現(xiàn)出“慣性”。任何物體，在任何情況下都有“慣性”。但是，只有當(dāng)物體的運(yùn)動狀態(tài)改變時，才表現(xiàn)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(dú)自存在的參考系。絕對時空是一個地位獨(dú)特的絕對參考系。在絕對時空中，物體具有保持原來運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)。這性質(zhì)稱為慣性。因此，第一定律又稱為慣性定律。但以現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)看來，并不存在一個地位獨(dú)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?yàn)?，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(yùn)動的參考系中，牛頓運(yùn)動定律被認(rèn)為正確無誤。但是，現(xiàn)在我們知道，固定星體并不是固定不動。在銀河系內(nèi)的固定星體會隨著整個星系旋轉(zhuǎn)，顯示出自行。現(xiàn)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(shí)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(dāng)微小。例如，地球繞著太陽的公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，比太陽繞著銀河系中心的公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，要大三千萬倍。所以，在研究太陽系中星體的運(yùn)動時，太陽是一個很好的慣性參考系。