论惯性的本质及意义

理解“惯性”概念的教案。

一、教学目标1、知识与技能（1）掌握“惯性”概念的含义和特点。

（2）了解“惯性”在物理学中的应用。

（3）运用“惯性”概念解决物理学问题。

2、过程与方法（1）通过实验和演示来加深学生对“惯性”概念的理解。

（2）引导学生自主学习，了解“惯性”在生活中的应用。

3、情感态度与价值观（1）培养学生的实验操作能力和观察能力。

（2）引导学生探究知识的本质，形成好奇心和求知欲。

二、教学重点和难点1、教学重点（1）理解“惯性”概念的含义和特点。

（2）了解“惯性”在物理学中的应用。

（3）运用“惯性”概念解决物理学问题。

2、教学难点（1）如何帮助学生理解“惯性”的抽象概念。

（2）如何引导学生将“惯性”应用到具体问题中。

三、教学过程设计1、引入教师可以通过示范一些现象，例如：一个没有固定在车架上的物体，在车辆向前行驶的过程中，一直向后滑行。

这个现象说明了什么问题？座位上坐的乘客在车突然停止时，身体为何会向前滑行？这些问题可以引出今天的主题——“惯性”。

2、知识讲解（1）概念讲解：向学生讲解“惯性”这一概念，它是指质点本身所固有的反抗状态改变的性质。

通过镜头下的视频演示加深学生对“惯性”的理解。

（2）特点说明：向学生解释“惯性”的特点。

请学生回忆一下停车时座位上坐的乘客为什么会向前滑行。

通过这个例子可以让学生理解“惯性”的特点。

（3）应用讲解：向学生介绍“惯性”在生活中和物理学中的应用。

例如：飞行员在飞行时如何才能避免飞机会发生失速情况？引导学生思考。

3、实验演示教师可以设计小实验来帮助学生了解“惯性”和它的应用。

例如：让学生将带有砝码的受力角木沿着两个竖直平衡的木架放置；在圆弧形轨道上放置小车，通过不同的重物组合和不同的速度，让小车在轨道上进行运动，让学生自己感受举行实验的结果。

4、巩固提高（1）问题讨论：向学生提出一个问题：“为什么急刹车时，乘客会向前滑行？”引导学生进行分析，理解“惯性”的意义。

当你从山上推石头时，只要启动了，石头会滚老远并且越来越快，这是石头自身的重量产生的惯性，儿时我们把折好的纸飞机向天空中一掷，你会发现纸飞机会向天空中飞一段距离，在后面飞行的那段距离，我们并没有给它力量，可纸飞机仍然飞很长的一段距离，然后就沿着一条抛物线缓缓下落，只这个过程就是依靠力的惯性来飞翔的。

你看那些长跑运动员奋力他们跑到终点以后，通常控制不住自己的身体，依然会沿着跑道跑上一段距离。

才能停下来。

你看在急驰的车，它要停下了，也会在刹车之后，车身往前做一个运动，车上的人更是会往前往后猛的晃荡，车停下来了，人也有一段时间的往前运动的感觉，这就是惯性的作用。

惯性在生活中很多事情都有表现，很多事情都是以一种惯性的方式存在。

有人常说其实我真的不喜欢某人，只是生活中早已习惯了他，好像不能没有他。

殊不知爱情本身就是一种习惯，不是不爱，是爱在其中，迷在其中。

生活中有很多种爱，有些爱是表面的，有些爱是的；有些人喜欢帅哥，有些人喜欢丑女，有些人喜欢才子，有些人喜欢美女，有些人喜欢财男，正所谓大千世界无奇不有！但有一点要注意，选自己所爱，爱自己所选。

只有这样，我们在爱的旅途中才会不至于疲倦，要爱就得无怨无悔。

爱情的最初都是盲目的，有时候连我们自己都不清楚是否爱对方，对方究竟哪里吸引了自己。

但有一点可以肯定如果你喜欢和某人在一起，每天都想见到他，常常一日不见有如隔三秋，至少可以证明你是喜欢他的。

当然第一印象很重要，一般来说，绝大部分人喜欢以貌取人。

如果对方长得比较帅，漂亮，合符自己的审美观点，就有了下一步的计划。

如果第一次见面就讨厌对方，那基本没戏唱。

但有一种人要除外，譬如有些人喜欢穷追不舍，想出各种办法取悦对方。

但只要是真心的，我认为有些人迟早会被你的真心所打动。

你都那么热情了，温度都传到别人心里了，别人能不动摇吗？很多时候，爱就是一份坚持，正所谓守得云开见日出。

这就相当于给了爱一个力量。

一对恋人在最初的时候，并不完全了解对方的喜好，亦不知对方的品性，只是在彼此面前乐于表现自己的优点。

惯性力和惯性的大小众所周知，物理学中有惯性的概念，惯性力的概念；而且惯性是有大小的，惯性力是不存在的。

笔者在长期的教学研究中发现，认为惯性有大小是不合理的，惯性力也未必是一种假想的力，它很可能是一种客观存在。

博士论文，惯性。

1•惯性力的概念惯性1. 1惯性力的原始概念大家知道：牛顿定律只适用于惯性系而不适用于非惯性系。

例如在由静止加速前进的火车上，受合力为零的小球会相对于火车向后加速运动。

为了使牛顿运动定律在火车中同样成立，需要引入惯性力的概念，所引入的惯性力大小，其方向与火车的加速度方向反向。

这样就有牛顿第二定律得以成立。

也就是说：相对于地面（我们认为是惯性系）有加速度的参照系是非惯性系，非惯性系中牛顿运动定律不成立，欲使牛顿运动定律成立，需要引入惯性力。

正是在这些问题中，我们认识了什么是惯性力。

然而本文所要定义的惯性力与上述惯性力的概念是完全不同的。

1. 2惯性力的新定义我始终有这样一个猜想：“所有物质组成的宇宙具有这样的一种性质，它可以允许任何物体对其保持原有的运动状态，而不允许任何物体对其有加速度；如果物体对宇宙有加速度，物体就会受到宇宙对它的一种约束力，这种力就是我所定义的惯性力。

即惯性力是宇宙对物体的一种约束力，它并不是假想的力，是一种真实作用力。

”［需要说明的是，我这里所说的惯性力只是真正的惯性力在我们所能看到的参考系中的分力，而真正的属性力我们是无法知道的，因为我们不可能知道绝对的加速度。

以上这段文字在英语稿中没有］惯性力的施力物体是宇宙，就好象重力的施力物体是地球一样。

宇宙中的一切物体只要对宇宙有加速度，就一定受到惯性力。

惯性力的大小与其相对于惯性系的加速度成正比，与相对于惯性系的加速度的方向相反。

如果物体的质量为m,对惯性系的加速度为a，则惯性力的大小为f=ma。

显然惯性力是非平衡状态下才受到的一种力。

关于惯性力的产生机理，我猜想应该类似于变化的电场产生磁场。

当然这仅仅是一种猜想，有待于实验的验证。

以惯性思维来对待客观事物只会有益于问题
惯性思维是人类在应对实际情况时常采取的一种思考方式。

它的优点在于有助于人们不断的思索，把框架内的结构细分，获得更多的信息，为最终总结结论提供了充分的依据。

在客观事物的处理上，当涉及复杂的问题的时候，惯性思维就显得尤为重要，它可以帮助人们一步步进行深层次的思考，使他们脑海中的某些观念得以真正的形成和实质化，给更深入的理解提供特别方便的机会。

在有了惯性思维才有了后面可以更加清晰明确的解决办法和把握，才有了成功的可能。

简而言之，在处理客观事物时，惯性思维是非常有用的，它能够帮助人们把握全局，形成更有效的解决方案。

它是一种非常具有效率的思维方式，可以节省很多时间，把人们从大量杂乱无章的信息中抽离出来，以最快的时间找到问题的本质和解决问题的最佳方法。

总之，惯性思维对于处理客观事物是非常有用的，它可以帮助我们更加深入和有效地理解问题，发掘问题的规律和本质，最终更好地解决问题。

牛顿第一定律的本质牛顿第一定律，也被称为惯性定律，是经典力学的基础之一。

它阐述了物体在不受外力作用时保持静止状态或匀速直线运动的原理。

本文将探讨牛顿第一定律的本质，并解释为何它对我们理解物体运动至关重要。

首先，让我们回顾一下牛顿第一定律的表述：“若施加在某物体上的合力为零，则该物体将保持静止或以匀速直线运动。

”该定律的关键在于合力的概念。

合力是指作用在物体上的所有力的矢量和。

当合力为零时，物体所受的所有力相互抵消，导致物体不受力的作用，从而保持静止或匀速直线运动。

牛顿第一定律的本质可以追溯到物体的惯性。

所谓惯性是指物体保持其运动状态的性质。

物体有一种固有的倾向，使其继续保持原来的运动状态，无论是静止还是匀速直线运动。

这种倾向是由物体的质量决定的，质量越大，惯性越强。

现在让我们思考一下为什么牛顿第一定律对我们理解物体运动至关重要。

首先，它提供了一种解释为什么物体在没有外力作用下会保持静止或匀速直线运动。

这种理解为我们提供了预测物体运动的依据，从而使我们能够更好地控制和利用力量。

其次，牛顿第一定律还为我们解释了惯性现象的产生。

当我们坐在火车上，火车突然启动时，我们会感到身体向后倾斜。

这是因为我们的身体保持了原来的静止状态，而火车却开始运动，导致我们的身体相对于火车产生了一种倾向，使我们向后倾斜。

这个现象正是牛顿第一定律的应用。

最后，牛顿第一定律对于理解力的平衡与不平衡也具有重要意义。

当物体所受的合力为零时，我们称之为力的平衡，物体将保持静止或匀速直线运动。

而当物体所受的合力不为零时，我们称之为力的不平衡，物体将加速或改变运动方向。

牛顿第一定律为我们提供了判断物体所受力是否平衡的依据。

综上所述，牛顿第一定律的本质在于物体的惯性。

它解释了为什么物体在没有外力作用时会保持静止或匀速直线运动，并为我们理解力的平衡与不平衡提供了依据。

通过深入理解这一定律，我们可以更好地理解物体运动的规律，并应用于实际生活和工程领域。

惯性力本质探讨冯清亮【摘要】惯性力来源何方,至今仍是一个谜.通过分析地球引力、自由落体运动及惯性力三者的关系后,认为地球引力场与物体发生能量传输,其能量传输强度以力和加速度两种方式体现,二者随物体的加速运动状态此消彼长.当外力试图改变物体的加速运动状态时,必定遭到来自引力场的抵抗,此抵抗力既是引力,也是惯性力,只是二者起算点不同.惯性力、引力本质上都是引力场抵抗变化的结果.【期刊名称】《辽宁师专学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(021)001【总页数】4页(P4-6,87)【关键词】惯性;惯性力;惯性力本质;惯性质量;引力【作者】冯清亮【作者单位】广州地铁集团有限公司监审部 ,广东广州 510055【正文语种】中文【中图分类】O3131 对惯性的历史认识牛顿著名的惯性定律表明：任何物体在不受外力作用时，都保持原有的运动状态不变，即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动，物体这种保持运动状态不变的属性就是物体的惯性．按照牛顿加速度定律，物体的惯性力等于物体的质量和加速度的乘积，惯性力的方向与加速度方向相反．但惯性力从何而来？迄今为止仍是一个谜．19世纪，奥地利的哲学家兼科学家马赫注意到用傅科摆测定地球自转角速度的答案与观察围绕着我们运动的远方恒星所能取得的答案符合的非常之好．换句话说，地球相对远方恒星的自转运动同相对牛顿绝对空间的自转运动几乎完全一样．因此，他认为牛顿的绝对空间事实上以远方恒星为参考系来加以确定的，进而推测物质的惯性也同远方恒星有关，而不像牛顿所假定的那样是物体本身的一种内禀性质，这一概念称为马赫原理．而牛顿则是用著名的水桶实验来说明惯性力的性质，其实验原理如下：一个装有水的桶，最初桶和水都静止，水面是平的，然后让桶以角速度转动，刚开始时水未被桶带动，这时桶转水不转，水面仍是平的，过一段时间后，水渐渐被桶带动旋转，最后与桶一起以角速度转动，这时水面是凹形的，然后让桶突然停止转动，这时水仍以角速度旋转，水面仍是凹的．牛顿认为，水面呈凹形是由于受到惯性离心力作用的结果，因此存在不依赖于物质的绝对空间和绝对时间［1］．当系统相对于绝对静止的绝对空间做绝对加速运动时，就出现惯性力．因此，水面是否呈凹形只与水相对绝对空间运动有关，而与水是否相对桶运动无关．爱因斯坦则认为不存在绝对空间和绝对时间，惯性力只不过是由于系统相对于惯性系做加速运动所致．水面呈凹形，是由于水相对于惯性系转动的结果．爱因斯坦还以有名的假想实验——爱因斯坦电梯为例，对惯性力的本质提出了新的解释［2］．观测者位于电梯内，电梯以加速度g向上提升，电梯内观测者看到电梯空间内所有物体都以加速度g向下做自由落体运动．这时观测者认为有两种可能：一是他所在的电梯以加速度g向上运动，使所有物体以同样加速度向下相对运动；另一种可能是电梯静止，但他所在的空间存在一个重力场，该场使电梯内所有物体向下做自由落体运动．对于电梯内的观测者来说，由于这两种原因导致同样的运动结果，即电梯内所有物体都以同样的加速度g向下运动，故他无法判断到底是电梯在加速还是周围存在一个重力场．正是基于以上理由，爱因斯坦提出了作为广义相对论基石的第一个原理，即等效原理：惯性力场与重力场的动力学效应是局部不可分辨的．由上述可知，虽然马赫、牛顿和爱因斯坦都各自提出了惯性力形成机制的解释，但他们的共同点都是基于地球上对惯性力的认识经验而外推做出的．由于目前无法证实在远离地球及恒星的遥远外太空中惯性力经验是否仍然适用，那么惯性力究竟是地球的效应，还是绝对时间空间或相对时间空间的效应，时至今日尚无定论，尚不清楚．因此，非常有必要对惯性力的形成机制继续作深入探索．2 讨论惯性力的现实意义到目前为止，人们由于不清楚惯性力来自何方，它的物理机制如何作用，因而认为惯性力是一种虚拟力，不是物体之间的相互作用，也没有反作用力［3］．惯性力的存在，还使得牛顿力学定律只在惯性系中成立，在非惯性系中不成立．由此可见，惯性力之困惑至今仍然深深影响着力学的深入发展．因此，非常有必要深入探讨产生惯性力的物理机制，理顺扩大牛顿力学定律的适用范围，更进一步探索引力场和惯性力的内在物理联系．3 惯性力的特征任何惯性力理论都必须符合如下三个基本特征：（1）惯性力大小符合牛顿加速度定律．式中：F是作用力，m是被作用物体质量，a是被作用物体的加速度．（2）惯性力方向总与加速度方向相反．如汽车加速时，乘客会明显感觉到一股神秘力量将乘客身体向后按在椅背上，或称之为背推力；当汽车突然刹车减速时，这股力量则是推动身体向前冲．这神秘力量就是惯性力，其方向总是与汽车加速（减速）方向相反．（3）惯性质量与引力质量相等．1889年，匈牙利物理学家厄缶做了极其灵敏的扭秤实验［4］，用于比较引力质量和惯性质量．惯性质量与引力质量等价的事实，后来成了爱因斯坦广义相对论的公设之一．4 惯性力起因探讨两个物体相互作用后各自运动状态发生了改变，说明二者在相互作用过程中发生了能量传输．如地面附近的物体P受到地球引力作用而向下做自由落体运动，运动速度随时间增加而增大，这就是地球引力传输能量给了P的结果．令地球与P之间的能量传输强度是Q （指单位时间传输能量的大小），按照牛顿引力定律可知，作用于P上的引力大小只与距离有关，与时间无关．而地面附近的物体可认为其距离基本不变，由此可推论出物体的能量传输强度Q是一个常量．根据经验知道，除了地球引力作用外，如果P没有受到其他外力的作用，则它将在引力作用下做自由落体运动（自由落体加速度为g）；如果存在外力作用使得P相对地面静止（含匀速运动，下同），则它将感受到来自地球的引力作用．也就是说，P在相对地球静止状态时，Q是以力的形式表现的，而在完全加速状态时则是以加速度形式表现出来．由此需从静止状态和加速状态两个方面来共同衡量Q，才能全面完整地表达Q的物理意义，即：由于这里Q不变，则由式（1）可见：1．当a＝0时，Q＝F 0（引力），Q完全以力的形式出现；2．当a＝g时，已知F 0＝m g，则Q＝m g，由此知F＝0，Q完全以加速度形式出现；3．当a≠0且a≠g时，Q同时以力和加速度两种形式出现．设t＝0时刻，作用于P上的引力是F 0，P的加速度是a 0，则Q 0的表达式是：在t时刻，新的外力作用于P上，使其产生了加速度Δa．由于Q不变，则必定存在ΔF，使得（2）式成立：则有关系式成立：ΔF＋mΔa＝0．所以（3）式中，ΔF与m、Δa的乘积成正比，其方向与Δa的方向相反，故ΔF完全符合惯性力的特征．由于日常感受到的惯性力大多是发生在水平方向上，如车子加速时刻的背推力或刹车时刻的身子不由前倾等现象，都说明了水平惯性力的存在．现分析水平方向上的惯性力形成过程：设下标L、R分别表示左半球和右半球的物理量，则由于左右半球的对称性初始状态相互抵消，依据（2）式有：因此，在没有外力作用时，地面水平方向上的物体P是静止的．当有外力推动P向右加速运动，加速度是Δa，则（4）式变为：整理得因为左右半球的引力方向相反，现统一以向右为正，则ΔF L取负值，合力为ΔF ＝ΔF L＋ΔF R，合加速度是Δa＝Δa L＋Δa R（视为两个独立系统叠加而成），则（5）式得：由此可见，水平方向上的惯性力与垂直方向的一致．5 结论由以上分析可知：在没有其他外力作用时，引力场中的物体在引力场作用下将是处于完全的加速运动状态．当外力改变物体加速运动状态时必定感受到来自引力场的抵抗力，这个抵抗力既是引力，也是惯性力．只是习惯上将外力作用下使得物体从完全加速运动状态变为静止状态时（如地面承托）的抵抗力称为引力，将物体从静止状态再变到加速运动状态时的抵抗力称为惯性力，这就是惯性力产生的物理机制．归纳来说，惯性力实质上是引力场抵抗外来干扰的一种力学现象．由于惯性力与引力本质上相同，惯性质量必然等价于引力质量．由此推知，惯性力不是虚拟力，而是与引力一样的实在力；惯性力是外来作用力的反作用力；惯性力作用于物体与引力场之间．在地球引力场中，由于作用于物体上的惯性力都来自地球引力场，因此无论是惯性系还是非惯性系中的物体，只要将其加速度归到地球参照系（实质是引力场）上，则其惯性力必定适用于牛顿力学定律．这就意味着今后应用牛顿力学定律时只需分清引力场源即可，不需再分清惯性系和非惯性系了．【相关文献】［1］F·霍伊尔，J·纳里卡．当代天文学和物理学探索［M］．何香涛，赵君亮译．北京：科学出版社，1989．［2］刘辽．广义相对论［M］．北京：高等教育出版社，1987．［3］张三慧，王虎珠．大学物理学［M］北京：清华大学出版社，1990．［4］［美］阿尔伯特·爱因斯坦．相对论［M］．乌蒙译．重庆：重庆出版社，2014．。