牛顿第一定律的几个理解误区

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摘 要：长期的物理教学实践中，作者发现学生在学习牛顿第一定律时有六个典型的错误理解。对这六个典型的错误理解；作者从理论的高度做了逐一的解析和说明；澄清了牛顿第一定律教与学的过程中常见的六个似是而非的问题。引导我们加深理解了力的概念、惯性的概念及力与运动之间的关系。

关键词：牛顿第一定律 惯性 力 力与运动

牛顿第一定律是物理学习中的一条基本定律，只有理解掌握了定律的真正含义，才谈得上科学地解释力和惯性这两个概念及力和运动两者之间的关系，长期的教学实践中发现，学生在学习、理解这条定律时，存在一些错误的看法，归纳起来大致有如下几个理解误区：

误区之一："因为在自然界中不受外力作用的物体是找不到的，故牛顿第一定律不是一条试验定律，它是人为地，凭空想出来的，无法验证其正确性。"

作为教师，我告诉学生：不受其他物体作用的孤立物体在自然界中实际不存在，所以，牛顿第一定律不能简单地按字体意义直接加以验证，但是，许多简单的事实都可以帮助我们理解定律的含义。例如，我们沿水平地面抛出一个石块，地面越平滑即地面对石块的摩擦力越小，则石块滑行越远，也就是说石块的速度变化越慢。又如：对太空某一形体当它远离其他各形体时，（如某种彗星）而当其他各星体对它的引力极小时，它的速度就几乎保持不变。最后，引导学生认识到：第一定律的正确性主要是由它所推出的结论和试验事实符合而得到证明的。

理解误区之二："牛顿第一定律是牛顿第二定律的特殊情况，若物体加速度为零，牛顿第二定律就变成了第一定律，所以牛顿第一定律可有可无。"

应该认为，正因为牛顿第一定律为我们指出了物体在没有受到其它物体作用时所处的运动状态，我们才可以进一步研究，当物体受到其他物体作用时，又将处于怎样的状态。牛顿第一定律确定了力的涵义，指出物体如果受到对它的作用力时，物体的运动状态就要发生变化，至于力使物体运动状态发生怎样的改变，是需要进一步从大量事实中去总结，这也正是牛顿第二定律研究的内容。显然：如果我们不知道物体在不受力的情况下处于怎样的运动状态，要研究物体在力的作用下处于怎样的运动状态，是不可能的。

有的同学说："牛顿第一定律应当表述为物体在平衡力的作用下保持静止或匀速直线运动的状态。"此为牛顿第一定律的理解误区之三。

在我们所遇到的实际问题中，保持静止或作匀速直线运动的物体确实不是不受外力，而是它所受的外力相互平衡了，例如桌子上放着的物体处于静止状态，由于物体受的重力跟桌面对它的支持力相平衡，也就是说一切物体在平衡力的作用下，是保持静止或匀速直线运动状态的，但这个结论不能成为一个独立的规律，它只是牛顿第二定律的一种特殊情况，当然也就不能用来取代牛顿第一定律。

误区之四："牛顿第一定律实际上就是惯性定义，所以又叫做惯性定律。"

应该指出，我们许多老师也告诉学生：牛顿第一定律又叫做惯性定律，但把牛顿第一定律解释为就是惯性的定义，必然导致一种错误的观点，就是把牛顿第一定律仅仅看作是一个定义，而不是力学中客观规律的表述，从逻辑角度讲，牛顿第一定律不仅确定力的涵义，还同时确定了惯性的含义，并且深刻地揭示了力与运动的关系，故它是一条从试验事实归纳出来的物体运动的普遍规律，不应该被看作仅仅是一个定义。

其五："由牛顿第一定律可以推知，转动物体存在着转动惯性。"

应该向学生讲清：牛顿第一定律所谈的物体，指的是质点。也就是说，惯性是指质点的惯性，或物体作平动时的惯性。对于转动的物体来说，也是存在着惯性的，但和这里所说的惯性不是一回事。由牛顿第二定律可以知道，质点的惯性是用质量来量度的，质量大，惯性大。而转动物体的惯性是用一个叫做转动惯量的物理量来量度的。质量的大小是跟物体的形状无关的，而转动惯量的大小跟物体的形状有关。比如柴油机的飞轮，靠近边缘部分做得比较厚，靠近转轴部分做得比较薄，就是为了使飞轮对转轴的转动惯量大些。所以，我们在谈到飞轮的惯性时，不要和牛顿第一定律所指出的质点的惯性混为一谈。

其六："物体只有在运动状态变化时，才存在惯性。"

应该认为：惯性是物体的基本属性，反映了物体具有保持原来运动状态的性质，它的存在跟物体的运动状态无关。当物体所受外力的合力为零时，惯性表现为物体保持原来运动状态不变，即保持静止或匀速直线运动。在同样的外力作用下，惯性表现为不同物体的运动状态有不同的改变。惯性较小的物体，运动状态比较容易改变；惯性较大的物体，运动状态较难改变。所以物体的惯性，在任何时候（受外力作用或不受外力作用），任何情况下（静止或运动），都不会改变，更不会消失。有人在给惯性下定义时说："物体在没有受外力作用时，保持静止和匀速直线运动的性质称为惯性。"这样一来"惯性"和"惯性定律"就混为一谈了。再者这种提法本身也是片面的，因为物体在受到外力作用时，同样也存在着惯性。我们绝不能把物理的惯性是否表现出来错误地理解为惯性的有无。此外有的人还认为："物体在运动时有惯性，在静止时没有惯性"；"人坐在汽车里，当汽车急刹车时要向前倾倒，说明人有惯性，而汽车在匀速直线前进时，人就没有惯性"；"当物体受到力的作用时，已不能保持原来的运动状态，此时物体不应具有惯性"等等，同样是错误的。

惯性实质上表明了物体运动的不灭性，是物体固有的属性。如果物体没有惯性，会出现什么情景呢？因此，惯性是运动不灭的反面表现。可以说，正是物质的运动是不灭的，物体才具有惯性。但不能说，运动不灭只是通过惯性来表现的。事实上，运动不灭更重要的是从运动的变化中反映出来，即从运动由一个物体转移到另一个物体，或从一种运动形式转化为它种运动形式中表现出来，这一点在动量守恒定律和能量守恒定律中讲得很明白。

诚然，牛顿第一定律的理解误区远不止以上所列的六种，限于篇幅，不再做更多的阐述。我只愿提醒各位教学同仁，学生对牛顿第一定律的理解与对定律的背诵绝对是两回事，在平时的教学中，我们应该时刻注意学生中可能产生的各种错误的理解，并及时加以纠正，否则的话，我们的教学将事倍功半。

参考文献：

[1]A.爱因斯坦，L.英费尔德，物理学的进化，上海科学技术出版社