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例说惯性的四大误区

2021-01-12陈培永

广东教学报·教育综合 2021年156期
关键词:属性惯性中学物理

陈培永

【摘要】物体具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫作惯性。是中学物理中的一个重要概念。定义中较为抽象的文字描述,使到学生在理解、运用的时产生一定的误区效应。

【关键词】中学物理;惯性;误区;属性;质量

物体具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫作惯性。是中学物理中的一个重要概念。定义中较为抽象的文字描述,使到学生在理解、运用的时产生一定的误区效应。具体在以下四个方面体现出来:

一、误认为运动的物体有惯性,静止的物体没有惯性

静止的物体总要保持静止(反抗从静到动),运动的物体总要保持运动(反抗从动到静),这就是物体具有惯性的体现。是物体本身固有的一种属性。所以说,不论物体静止还是运动都具有惯性。

例1:(2021·全国·高三专题练习)在学习了牛顿第一定律后,四位同学分别列举实例提出了自己的不同认识,你认为以下四个选项中几位同学的研究结论正确的是( )。

A.甲同学研究从地面竖直向上跳起来的运动。地球绕着地轴自西向东自转,他发现人总是落回原处,经过思考,他认为这是因为人在空中滞留的时间太短,如果时間足够长,人应该落在跳起点的西侧;

B.乙同学通过观察资料片,他发现在轨道上的卫星不用火箭施加任何推力就能自行绕地球运转,他认为是惯性维持了卫星的这种运动;

C.丙同学通过观察发现,让一列火车停下来比让一辆汽车停下来要困难得多,他认为根本原因是列车的惯性要比汽车的惯性大;

D.丁同学观看战争资料片,研究飞机投弹轰炸,他认为若要炸得准确,关键是当飞机飞到目标正上方时,准确将炸弹释放。

分析:A.地球绕着地轴自西向东自转,甲同学研究从地面竖直向上跳起来的运动。人跳起时相对地面水平方向静止,由于惯性,他在起跳的这段时间内,水平方向仍然要保持相对地面静止,所以人总是要落回原处,和时间的长短并没有关系,故A错误;B.轨道上的卫星能自行绕地球运转,受到了地球的引力作用,故B错误;C.列车的惯性要比汽车的惯性大,让一列火车停下来比让一辆汽车停下来要困难得多,故C正确;D.炸弹要投得准确,必须提前释放炸弹,这样由于惯性,炸弹在水平方向保持匀速运动,飞行一段距离后才正好到达目标,故D错误。故选C。

二、误认为运动速度大的物体惯性大

惯性的大小与物体运动速度的大小无关,它只与物体的质量大小有关,质量越大的物体惯性越大。例如,静止的篮球比静止的火车更容易运动起来;具有相同速度的篮球和火车,篮球比火车更容易停下来。

例2:对于惯性下列说法中正确的是( )。

A.静止的火车起动时,速度变化慢,是因为火车静止时惯性大;

B.运动速度大的物体,不能很快停下来,是因为速度大时,惯性也大;

C.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球的惯性小;

D.物体受到的外力大,则惯性就小;受到的外力小,则惯性就大。

分析:惯性大小仅由物体的质量决定,与外界因素(受力与否、受力的大小、受力个数、运动状态以及所处环境等)均无关,故A、D两项错误;运动速度大的物体变为静止,速度的改变量大,需要较长的时间,运动状态变化慢。并非速度大,惯性就大,故B项错误;乒乓球可以快速抽杀,是因为其质量很小,惯性小,在相同外力作用下运动状态容易改变,故C项正确。

三、误认为重力越小,惯性越小。惯性的大小只与物体的质量有关,与重力无关

例3:月球表面上的重力加速度为地球表面上的重力加速度的   ,同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较( )。

A. 惯性减小为在地球上的     ,重力不变;

B. 惯性和重力均减小为在地球上的     ;

C. 惯性不变,重力减小为在地球上的     ;

D. 惯性和重力都不变。

分析:物体的惯性大小仅与物体的质量有关。因质量是物体的固有属性,同一物体的质量与它所在位置及运动状态无关,所以这个飞行器无论是在地球上还是在月球上,其惯性大小不变。物体的重力G=mg,这个飞行器在月球表面上的重力为G月=

mg月=m·    g地=     G地。故C项正确。

四、误认为惯性是一种特殊的力

首先,惯性不是力,而是物体本身固有的一种性质,始终具有且与外界条件无关;力只有在物体间相互作用时才有。因此“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等说法都是错误的。其次,无论外力多大,物体的速度都不会发生“突变”,只能在原速度大小、方向的基础上逐渐改变,速度不能“突变”的原因是物体具有惯性。

例4:(2021·山东·胶州市教育体育局教学研究室高三期中)如图,圆柱形玻璃容器内装满液体静置于水平面上,容器中有a、b、c三个不同材质的物块,物块a、c均对容器壁有压力,物块b悬浮于容器内的液体中,忽略a、c与容器壁间的摩擦。现给容器施加一水平向右的恒力,使容器向右做匀加速度直线运动。下列说法正确的是( )。

A.三个物块将保持图中位置不变,与容器一起向右加速运动;

B.物块a将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压;

C.物块b将相对于容器保持静止,与容器一起做匀加速度运动;

D.物块c将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压。

分析:由题意可知,c浮在上面对上壁有压力,可知c排开水的质量大于本身的质量;同理b排开水的质量等于本身的质量,a排开水的质量小于本身的质量;则当容器向右加速运动时,由牛顿第一定律可知,物块a将相对于容器向左运动,最终与容器左侧壁相互挤压;物块b将相对于容器保持静止,与容器一起做匀加速度运动;物块c因相等体积的水将向左运动,则导致c将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压(可将c想象为一个小气泡)。故选CD。

(责任编辑:洪冬梅)

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