掌握思維秘訣，學好運動和力

郭友忠

建立“正確的新概念”最大障礙就是“錯誤的前概念”的干擾，解決這類問題最好的辦法就是通過客觀事實向“錯誤的前概念”進行質疑，只有對“錯誤的前概念”產生了動搖，才有可能使“正確的新概念”得以建立。

學習“運動和力的關系”的落腳點就是解決四個問題：

1. 力是維持物體運動的原因嗎？

2. 什么原因使運動著的物體停下來？

3. 維持運動的原因究竟是什么？

4. 運動和力的關系是什么？

下面給同學們談談學好“運動和力的關系”的思維技巧——質疑、推理與嘗試應用。

一、仔細觀察運動物體停下來所經歷的過程

現象：物體在失去推力或拉力后，并不是立即停下來，而是要繼續運動一段距離才停下來。例如：

1. 行駛著的列車在關閉發動機后，失去了牽引力的作用，但并不是立即停下來，而是繼續向前運動一段距離。

2. 門球被小錘子敲擊出去后，錘子不再繼續對它施加力的作用，但它要繼續通過一段距離才會停下來。

3. 用力推車子，車子會前進，當推力撤除后，車子不會馬上停止下來，而是要繼續向前運動一段距離。

4. 蕩起的秋千在失去推動力后，并不是馬上停下來，而要繼續擺動一段時間。

……

質疑：如果物體的運動需要力來維持，那么，推力或拉力停止作用在物體上以后物體就應該立刻停下來，那為什么還能繼續向前運動一段距離呢？

推理：物體能夠繼續運動一段距離，該過程不可能是因為物體受到力的作用而維持物體運動的——說明物體的運動并不需要力來維持。

二、深入探究運動物體停下來所通過的距離特點

現象：物體以相同的速度在粗糙程度不同的水平面上運動時，停止運動前所通過的距離不同，摩擦力越小，通過的距離越大。例如：

1. 教材中從同一斜面上相同位置滑下的物塊，以相同的速度沿粗糙程度不同的水平面運動，水平面越光滑，物體在停止運動前通過的距離越遠。

2. 車以相同的速度行駛時，冬天在雨雪路面上緊急剎車要比晴天在瀝青路面上緊急剎車容易發生交通事故。

……

質疑：當作用在運動物體上的拉力或推力撤除后，粗糙的水平面對運動的物體有摩擦阻力的作用。那么，物體此時繼續受力但為什么會停下來呢？

推理：摩擦阻力阻礙物體的運動，使物體的速度逐漸減小，且摩擦阻力越小，物體的速度減小得越慢——物體之所以會停下來并不是因為沒有力的作用，而是因為受到摩擦阻力作用。

三、科學推理物體沒有受力的作用時的運動規律

現象：摩擦阻力越小，物體停止運動前所通過的距離越大。

質疑：摩擦阻力是運動物體能夠停止下來的原因，如果沒有摩擦阻力的作用，物體的速度將如何變化？運動多遠的距離才能停下來？

推理：物體在運動方向上沒有受到力的作用時，速度將保持不變，運動會永遠保持下去——說明運動物體在沒有受到力的作用時將保持勻速直線運動狀態。

四、正確理解物體能夠保持運動狀態不變的原因

現象：一切運動著的物體在停止運動前都要通過一段距離，而不會立刻停止下來。

質疑：一切物體在失去推動力的作用后，仍要繼續向前運動一段距離，說明物體的運動具有保持性。那么，是什么原因使物體的運動得以保持呢？

推理：既然運動的保持性在物體不受力或受到阻力作用時都能體現出來，這種保持性就應該是物體自身的一種特性——說明一切物體都具有保持原來運動狀態不變的特性，即慣性（慣性的含義就是保持性的意思）。慣性是物體運動狀態保持不變的原因。

五、明確牛頓第一定律的物理含義

牛頓在總結了前人研究成果的基礎上，通過科學的推理概括出了運動和力的關系，即牛頓第一定律：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。學習中牛頓第一定律要從如下四個方面理解：

1. 現實中不受力的物體是不存在的，所以牛頓第一定律是一種推理，不能用實驗驗證。

2. 物體在不受力的作用時的運動規律——保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

3. 運動和力的具體關系——物體的運動不需要力來維持，力是改變物體運動狀態的原因。

4. 一切物體都具有保持原來運動狀態的性質，即慣性——慣性是物體運動狀態保持不變的原因。

六、嘗試解決與“運動和力的關系”相關的問題

下面列舉幾個典型的慣性實例，以幫助同學們理解運動和力的關系，從而進一步領會力并不是維持物體運動狀態不變的原因，而是改變物體運動狀態（速度）的原因。

例1如圖1所示，重球系于線DC下端，重球下再系一根同樣的線BA。請你分析一下：

（1）如果在A端慢慢增加拉力，結果哪根線先斷？為什么？

（2）如果在A端突然猛力一拉，結果哪根線先斷？為什么？

解析當在A端緩慢增加拉力時，CD線上的拉力可以認為等于A端拉力與重球的重力大小之和，即CD線上的拉力大于AB線上的拉力，所以CD線容易被拉斷。

當在A端突然猛力一拉時，AB線上的力突然增大，由于慣性，重球的靜止狀態沒來得及發生變化，CD線上的力可以認為保持不變，即CD線上的拉力小于AB線上的拉力，所以AB線容易被拉斷。

例2火車在平直軌道上勻速行駛，門窗禁閉的車廂內有一人向上跳起，發現仍落回車上原處，這是為什么？

解析人跳起后，由于慣性在水平方向上保持與車同樣的速度，所以落回原處。

例3關于牛頓第一定律的說法，下列各觀點正確的是（）

A. 驗證牛頓第一定律的實驗可以做出來，所以牛頓第一定律是正確的

B. 驗證牛頓第一定律的實驗做不出來，所以牛頓第一定律不能肯定是正確的

C. 驗證牛頓第一定律的實驗做不出來，仍可以在事實的基礎上，進一步科學推理得出牛頓第一定律

D. 牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規律

解析牛頓第一定律是在前人研究的基礎上提出來的。伽利略以可靠的實驗事實為依據，經過科學抽象，得出了力不是維持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因的科學論斷，為牛頓第一定律的建立奠定了堅實的基礎。牛頓第一定律的最大貢獻就是提出了慣性的概念，所以也把這一定律叫做慣性定律。所以選項C、D是正確的。

例4錘頭松了，把錘柄在地面上磕幾下，錘頭就緊緊地套在錘柄上了，為什么？

解析在把錘柄向地面上磕的過程中，錘頭與錘柄有共同的向下速度。當錘柄磕到地面上時，由于地面的阻礙作用，錘柄很快停止了運動，但錘頭在慣性的作用下將繼續向下運動，所以就緊緊地套在錘柄上了。