淺談慣性教學(xué)

龔雪龍

摘 要：慣性是經(jīng)典力學(xué)中的一個(gè)基本概念，同時(shí)它又是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)基礎(chǔ)性觀念。本文試從下面就同學(xué)們對慣性錯(cuò)誤認(rèn)識的原因及教學(xué)中應(yīng)該注意的問題進(jìn)行討論，望引起大家的共識。

關(guān)鍵詞：慣性教學(xué); 錯(cuò)誤認(rèn)識; 注意問題

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1006-3315（2019）07-117-001

一、錯(cuò)誤類型及原因

錯(cuò)誤之一：運(yùn)動的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性

依據(jù)：有的同學(xué)觀察到行駛著的汽車，遇到緊急情況突然剎車時(shí)，不能立即停止，總要向前運(yùn)動一段距離才停下來，認(rèn)為這是汽車具有慣性的表現(xiàn);而靜止的汽車永遠(yuǎn)也不會自己突然運(yùn)動起來，根本看不出它們有什么慣性。就誤認(rèn)為：運(yùn)動的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性。原因：1生活體驗(yàn)，學(xué)生生活體驗(yàn)剎車情況多于汽車起步，因?yàn)檫\(yùn)動遇到緊急情況比較多，而汽車起步往往比較平穩(wěn)。而不能及時(shí)停下來容易造成事故，所以生活中對剎車距離關(guān)心比較多。對運(yùn)動物體保持原來狀態(tài)印象深，而對物體保持靜止?fàn)顟B(tài)沒有引起足夠的注意。2.對一切物體在任何時(shí)候、任何運(yùn)動狀態(tài)下都有慣性認(rèn)識不深刻。在具體分析事例時(shí)學(xué)生往往忽視原來狀態(tài)有兩種情況即靜止和運(yùn)動。通俗講，慣性是保持原來“靜止”或“運(yùn)動”狀態(tài)的性質(zhì)。原來運(yùn)動就保持原來速度做勻速直線運(yùn)動，原來靜止的就保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)。

錯(cuò)誤之二：運(yùn)動速度大的物體慣性大

依據(jù)：同一個(gè)物體速度大時(shí)比速度小時(shí)更難停下來，這使許多同學(xué)產(chǎn)生速度大的物體慣性大的錯(cuò)誤認(rèn)識。原因：1.沒有正確的認(rèn)識難停下來的原因是制動力不夠大。如果速度大的物體給足夠大的制動力，可能會先停下來。2.對慣性是物質(zhì)的一種屬性，與物體的狀態(tài)無關(guān)，慣性大小只與物體的質(zhì)量大小有關(guān)等認(rèn)識不清。

錯(cuò)誤之三：慣性是一種特殊的力

依據(jù)：有的同學(xué)認(rèn)為在水平道路上行駛的汽車，關(guān)閉發(fā)動機(jī)后仍能繼續(xù)向前滑行，是因?yàn)槠囀艿搅藨T性力的作用。原因：這些同學(xué)之所以產(chǎn)生這種想法，是因?yàn)樗麄兊念^腦中有一個(gè)根深蒂固的錯(cuò)誤思想，就是物體的運(yùn)動需要力來維持。

二、慣性教學(xué)中應(yīng)注意講清的幾個(gè)問題

鑒于學(xué)生產(chǎn)生的錯(cuò)誤認(rèn)識及錯(cuò)誤原因，在我們教學(xué)中要注意下面幾點(diǎn)：

1.正確認(rèn)識慣性的本質(zhì)。慣性是物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)，是物體的固有屬性，不論宏大物體，還是微小粒子，不論固體、液體、氣體，不論靜止物體，還是運(yùn)動物體，不論物體在地球上，還是在月球上，一切物體在任何時(shí)刻，任何情況下都具有慣性。這一點(diǎn)應(yīng)講深講透，教師應(yīng)抓住概念中的關(guān)鍵字“一切物體都有……的性質(zhì)”，反復(fù)講授，引導(dǎo)學(xué)生討論，理解概念本身含義。教師應(yīng)在下列方面講清其內(nèi)涵，慣性是物體的固有屬性，既然是固有性質(zhì)，就不能說物體處于勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)有慣性，而運(yùn)動狀態(tài)改變或所受合外力不為零時(shí)就沒有慣性，也不能說慣性僅在物體處于勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)起作用，而在物體運(yùn)動狀態(tài)改變或所受合外力不為零時(shí)不起作用.再結(jié)合行駛中的汽車或火車，由于慣性，不能立刻停止，即使緊急剎車，也要向前運(yùn)動一段距離才能停下來這一實(shí)例，指出對運(yùn)動物體即使加上很大的阻力，要使它停下來仍需一段時(shí)間，正是運(yùn)動物體要保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)表現(xiàn);再以汽車出發(fā)時(shí)即使加大油門使?fàn)恳艽?，也不可能立刻開得很快為例闡明對靜止物體即使加上很大的推動力，要使它達(dá)到某一速度仍需一段時(shí)間，也正是靜止的物體要保持靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)表現(xiàn)。然后根據(jù)這兩方面的表現(xiàn)，對照概念，使學(xué)生明確慣性是物體具有保持原有運(yùn)動狀態(tài)不變的一種“惰性”，即使物體受到外力作用，運(yùn)動狀態(tài)改變了，但它的“惰性”還是存在，因此慣性不會消滅，是物體本身具有的。

2.慣性與速度的區(qū)別。學(xué)生往往把慣性大小跟速度大小混為一談，他們往往根據(jù)汽車行駛得越快，剎車越困難一類現(xiàn)象認(rèn)為：汽車行駛越快，其慣性越大。慣性的大小與物體速度大小有關(guān)是學(xué)生很容易犯的錯(cuò)誤。為此要提醒學(xué)生注意，慣性大小與物體運(yùn)動的快慢無關(guān)。運(yùn)動快的汽車難剎車是因阻力大小有限，如果增大阻力，它也會很快停下來。特別要講清楚容易使學(xué)生產(chǎn)生誤解的實(shí)際問題。例如高速行駛的車輛因慣性而不能及時(shí)制動常造成事故。所以在城市的市區(qū)，對機(jī)動車的車速都有一定的限制，以利于行車安全。在這里，不能及時(shí)制動是由于慣性，還是由于制動力不夠大？略作思考，就可判斷出是由于后者。發(fā)生交通事故的真正原因是由于車輛質(zhì)量較大，而相應(yīng)的制動力在如此質(zhì)量的物體上所產(chǎn)生的加速度很小，不能使車輛很快地減速，從而在短時(shí)間內(nèi)停下來。倘若對于質(zhì)量較大的車輛來說制動力也允許更大，那么還是可以在一定的時(shí)間內(nèi)制動車輛的。這個(gè)例子中的“高速行駛的車輛”及“對機(jī)動車的車速都有一定的限制”的字句很容易使學(xué)生認(rèn)為慣性和物體的運(yùn)動速度有關(guān)。這對于初學(xué)者來說是一個(gè)很大的誤導(dǎo)。

3.慣性與力的區(qū)別。學(xué)生往往把慣性當(dāng)作力，認(rèn)為子彈離開槍口后還會繼續(xù)向前運(yùn)動，水平道路上運(yùn)動著的汽車關(guān)閉發(fā)動機(jī)后還要向前運(yùn)動，這些都是慣性這個(gè)力作用的結(jié)果等。為了糾正這種錯(cuò)誤，可結(jié)合力的概念，要求學(xué)生去尋找施力物體，讓他們碰壁，再引導(dǎo)學(xué)生分析慣性與力的區(qū)別：①物理意義不同;慣性是指物體具有保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì);而力是指物體對物體的作用。慣性是物體本身的屬性，始終具有這種性質(zhì)，它與外界條件無關(guān);力則只有物體與物體發(fā)生相互作用時(shí)才有，離開了物體就無所謂力。②構(gòu)成的要素不同：慣性只有大小，沒有方向和作用點(diǎn)，而大小也沒有具體數(shù)值，無單位;力是由大方向和作用點(diǎn)三要素構(gòu)成，它的大小有具體的數(shù)值，單位是牛。③慣性是保持物體運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì);力作用則是改變物體的運(yùn)動狀態(tài)。

三、分析慣性現(xiàn)象的常用方法

先說明兩個(gè)物體（或同一個(gè)物體的不同部分）原來處于什么運(yùn)動狀態(tài)──其中一個(gè)物體（或物體的某一部分）由于某種原因運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了什么樣的變化（從靜止到運(yùn)動或者從運(yùn)動到靜止、加速或者減速、運(yùn)動方向改變等）──另一個(gè)物體（或物體的另一部分）由于慣性仍要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)──出現(xiàn)了什么結(jié)果。

綜上所述，教師只有在講清了以上幾個(gè)問題，學(xué)生才能真正理解慣性的內(nèi)涵，應(yīng)用慣性解題才不會誤入歧途。