浅谈惯性教学

    龚雪龙

    摘 要：惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念。本文试从下面就同学们对惯性错误认识的原因及教学中应该注意的问题进行讨论，望引起大家的共识。

    关键词：惯性教学; 错误认识; 注意问题

    中图分类号：G642.0 ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? 文章编号：1006-3315（2019）07-117-001

    一、错误类型及原因

    错误之一：运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性

    依据：有的同学观察到行驶着的汽车，遇到紧急情况突然刹车时，不能立即停止，总要向前运动一段距离才停下来，认为这是汽车具有惯性的表现;而静止的汽车永远也不会自己突然运动起来，根本看不出它们有什么惯性。就误认为：运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性。原因：1生活体验，学生生活体验刹车情况多于汽车起步，因为运動遇到紧急情况比较多，而汽车起步往往比较平稳。而不能及时停下来容易造成事故，所以生活中对刹车距离关心比较多。对运动物体保持原来状态印象深，而对物体保持静止状态没有引起足够的注意。2.对一切物体在任何时候、任何运动状态下都有惯性认识不深刻。在具体分析事例时学生往往忽视原来状态有两种情况即静止和运动。通俗讲，惯性是保持原来“静止”或“运动”状态的性质。原来运动就保持原来速度做匀速直线运动，原来静止的就保持原来的静止状态。

    错误之二：运动速度大的物体惯性大

    依据：同一个物体速度大时比速度小时更难停下来，这使许多同学产生速度大的物体惯性大的错误认识。原因：1.没有正确的认识难停下来的原因是制动力不够大。如果速度大的物体给足够大的制动力，可能会先停下来。2.对惯性是物质的一种属性，与物体的状态无关，惯性大小只与物体的质量大小有关等认识不清。

    错误之三：惯性是一种特殊的力

    依据：有的同学认为在水平道路上行驶的汽车，关闭发动机后仍能继续向前滑行，是因为汽车受到了惯性力的作用。原因：这些同学之所以产生这种想法，是因为他们的头脑中有一个根深蒂固的错误思想，就是物体的运动需要力来维持。

    二、惯性教学中应注意讲清的几个问题

    鉴于学生产生的错误认识及错误原因，在我们教学中要注意下面几点：

    1.正确认识惯性的本质。惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，是物体的固有属性，不论宏大物体，还是微小粒子，不论固体、液体、气体，不论静止物体，还是运动物体，不论物体在地球上，还是在月球上，一切物体在任何时刻，任何情况下都具有惯性。这一点应讲深讲透，教师应抓住概念中的关键字“一切物体都有……的性质”，反复讲授，引导学生讨论，理解概念本身含义。教师应在下列方面讲清其内涵，惯性是物体的固有属性，既然是固有性质，就不能说物体处于匀速直线运动状态或静止状态时有惯性，而运动状态改变或所受合外力不为零时就没有惯性，也不能说惯性仅在物体处于匀速直线运动状态或静止状态时起作用，而在物体运动状态改变或所受合外力不为零时不起作用.再结合行驶中的汽车或火车，由于惯性，不能立刻停止，即使紧急刹车，也要向前运动一段距离才能停下来这一实例，指出对运动物体即使加上很大的阻力，要使它停下来仍需一段时间，正是运动物体要保持匀速直线运动状态的性质表现;再以汽车出发时即使加大油门使牵引力很大，也不可能立刻开得很快为例阐明对静止物体即使加上很大的推动力，要使它达到某一速度仍需一段时间，也正是静止的物体要保持静止状态的性质表现。然后根据这两方面的表现，对照概念，使学生明确惯性是物体具有保持原有运动状态不变的一种“惰性”，即使物体受到外力作用，运动状态改变了，但它的“惰性”还是存在，因此惯性不会消灭，是物体本身具有的。

    2.惯性与速度的区别。学生往往把惯性大小跟速度大小混为一谈，他们往往根据汽车行驶得越快，刹车越困难一类现象认为：汽车行驶越快，其惯性越大。惯性的大小与物体速度大小有关是学生很容易犯的错误。为此要提醒学生注意，惯性大小与物体运动的快慢无关。运动快的汽车难刹车是因阻力大小有限，如果增大阻力，它也会很快停下来。特别要讲清楚容易使学生产生误解的实际问题。例如高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成事故。所以在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。在这里，不能及时制动是由于惯性，还是由于制动力不够大？略作思考，就可判断出是由于后者。发生交通事故的真正原因是由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么还是可以在一定的时间内制动车辆的。这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。

    3.惯性与力的区别。学生往往把惯性当作力，认为子弹离开枪口后还会继续向前运动，水平道路上运动着的汽车关闭发动机后还要向前运动，这些都是惯性这个力作用的结果等。为了纠正这种错误，可结合力的概念，要求学生去寻找施力物体，让他们碰壁，再引导学生分析惯性与力的区别：①物理意义不同;惯性是指物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质;而力是指物体对物体的作用。惯性是物体本身的属性，始终具有这种性质，它与外界条件无关;力则只有物体与物体发生相互作用时才有，离开了物体就无所谓力。②构成的要素不同：惯性只有大小，没有方向和作用点，而大小也没有具体数值，无单位;力是由大方向和作用点三要素构成，它的大小有具体的数值，单位是牛。③惯性是保持物体运动状态不变的性质;力作用则是改变物体的运动状态。

    三、分析惯性现象的常用方法

    先说明两个物体（或同一个物体的不同部分）原来处于什么运动状态──其中一个物体（或物体的某一部分）由于某种原因运动状态发生了什么样的变化（从静止到运动或者从运动到静止、加速或者减速、运动方向改变等）──另一个物体（或物体的另一部分）由于惯性仍要保持原来的运动状态──出现了什么结果。

    综上所述，教师只有在讲清了以上几个问题，学生才能真正理解惯性的内涵，应用惯性解题才不会误入歧途。