掌握思维秘诀，学好运动和力

郭友忠

建立“正确的新概念”最大障碍就是“错误的前概念”的干扰，解决这类问题最好的办法就是通过客观事实向“错误的前概念”进行质疑，只有对“错误的前概念”产生了动摇，才有可能使“正确的新概念”得以建立。

学习“运动和力的关系”的落脚点就是解决四个问题：

1. 力是维持物体运动的原因吗？

2. 什么原因使运动着的物体停下来？

3. 维持运动的原因究竟是什么？

4. 运动和力的关系是什么？

下面给同学们谈谈学好“运动和力的关系”的思维技巧——质疑、推理与尝试应用。

一、仔细观察运动物体停下来所经历的过程

现象：物体在失去推力或拉力后，并不是立即停下来，而是要继续运动一段距离才停下来。例如：

1. 行驶着的列车在关闭发动机后，失去了牵引力的作用，但并不是立即停下来，而是继续向前运动一段距离。

2. 门球被小锤子敲击出去后，锤子不再继续对它施加力的作用，但它要继续通过一段距离才会停下来。

3. 用力推车子，车子会前进，当推力撤除后，车子不会马上停止下来，而是要继续向前运动一段距离。

4. 荡起的秋千在失去推动力后，并不是马上停下来，而要继续摆动一段时间。

……

质疑：如果物体的运动需要力来维持，那么，推力或拉力停止作用在物体上以后物体就应该立刻停下来，那为什么还能继续向前运动一段距离呢？

推理：物体能够继续运动一段距离，该过程不可能是因为物体受到力的作用而维持物体运动的——说明物体的运动并不需要力来维持。

二、深入探究运动物体停下来所通过的距离特点

现象：物体以相同的速度在粗糙程度不同的水平面上运动时，停止运动前所通过的距离不同，摩擦力越小，通过的距离越大。例如：

1. 教材中从同一斜面上相同位置滑下的物块，以相同的速度沿粗糙程度不同的水平面运动，水平面越光滑，物体在停止运动前通过的距离越远。

2. 车以相同的速度行驶时，冬天在雨雪路面上紧急刹车要比晴天在沥青路面上紧急刹车容易发生交通事故。

……

质疑：当作用在运动物体上的拉力或推力撤除后，粗糙的水平面对运动的物体有摩擦阻力的作用。那么，物体此时继续受力但为什么会停下来呢？

推理：摩擦阻力阻碍物体的运动，使物体的速度逐渐减小，且摩擦阻力越小，物体的速度减小得越慢——物体之所以会停下来并不是因为没有力的作用，而是因为受到摩擦阻力作用。

三、科学推理物体没有受力的作用时的运动规律

现象：摩擦阻力越小，物体停止运动前所通过的距离越大。

质疑：摩擦阻力是运动物体能够停止下来的原因，如果没有摩擦阻力的作用，物体的速度将如何变化？运动多远的距离才能停下来？

推理：物体在运动方向上没有受到力的作用时，速度将保持不变，运动会永远保持下去——说明运动物体在没有受到力的作用时将保持匀速直线运动状态。

四、正确理解物体能够保持运动状态不变的原因

现象：一切运动着的物体在停止运动前都要通过一段距离，而不会立刻停止下来。

质疑：一切物体在失去推动力的作用后，仍要继续向前运动一段距离，说明物体的运动具有保持性。那么，是什么原因使物体的运动得以保持呢？

推理：既然运动的保持性在物体不受力或受到阻力作用时都能体现出来，这种保持性就应该是物体自身的一种特性——说明一切物体都具有保持原来运动状态不变的特性，即惯性（惯性的含义就是保持性的意思）。惯性是物体运动状态保持不变的原因。

五、明确牛顿第一定律的物理含义

牛顿在总结了前人研究成果的基础上，通过科学的推理概括出了运动和力的关系，即牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。学习中牛顿第一定律要从如下四个方面理解：

1. 现实中不受力的物体是不存在的，所以牛顿第一定律是一种推理，不能用实验验证。

2. 物体在不受力的作用时的运动规律——保持静止状态或匀速直线运动状态。

3. 运动和力的具体关系——物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因。

4. 一切物体都具有保持原来运动状态的性质，即惯性——惯性是物体运动状态保持不变的原因。

六、尝试解决与“运动和力的关系”相关的问题

下面列举几个典型的惯性实例，以帮助同学们理解运动和力的关系，从而进一步领会力并不是维持物体运动状态不变的原因，而是改变物体运动状态（速度）的原因。

例1如图1所示，重球系于线DC下端，重球下再系一根同样的线BA。请你分析一下：

（1）如果在A端慢慢增加拉力，结果哪根线先断？为什么？

（2）如果在A端突然猛力一拉，结果哪根线先断？为什么？

解析当在A端缓慢增加拉力时，CD线上的拉力可以认为等于A端拉力与重球的重力大小之和，即CD线上的拉力大于AB线上的拉力，所以CD线容易被拉断。

当在A端突然猛力一拉时，AB线上的力突然增大，由于惯性，重球的静止状态没来得及发生变化，CD线上的力可以认为保持不变，即CD线上的拉力小于AB线上的拉力，所以AB线容易被拉断。

例2火车在平直轨道上匀速行驶，门窗禁闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回车上原处，这是为什么？

解析人跳起后，由于惯性在水平方向上保持与车同样的速度，所以落回原处。

例3关于牛顿第一定律的说法，下列各观点正确的是（）

A. 验证牛顿第一定律的实验可以做出来，所以牛顿第一定律是正确的

B. 验证牛顿第一定律的实验做不出来，所以牛顿第一定律不能肯定是正确的

C. 验证牛顿第一定律的实验做不出来，仍可以在事实的基础上，进一步科学推理得出牛顿第一定律

D. 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

解析牛顿第一定律是在前人研究的基础上提出来的。伽利略以可靠的实验事实为依据，经过科学抽象，得出了力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因的科学论断，为牛顿第一定律的建立奠定了坚实的基础。牛顿第一定律的最大贡献就是提出了惯性的概念，所以也把这一定律叫做惯性定律。所以选项C、D是正确的。

例4锤头松了，把锤柄在地面上磕几下，锤头就紧紧地套在锤柄上了，为什么？

解析在把锤柄向地面上磕的过程中，锤头与锤柄有共同的向下速度。当锤柄磕到地面上时，由于地面的阻碍作用，锤柄很快停止了运动，但锤头在惯性的作用下将继续向下运动，所以就紧紧地套在锤柄上了。