牛顿第二定律教案精选(九篇)

第1篇：牛顿第二定律教案范文

1 准备应用“变易学习法”

变易理论指出，教师在上课之前，就需要根据自己的教学经验，结合前测和学前访谈，了解学生对学习内容的不同理解（V1），侦测和确认学生学习的难点.为此我们设计了一份关于牛顿第三定律的前测试卷，试题的来源主要是各省市质检卷和高考试卷，侦测范围为高一年级的12个教学平行班.

试卷的得分统计及对部分学生的访谈结果表明，在初中阶段，学生已经对牛顿三大运动定律有了定性的了解，进入高一之后则进一步深入学习了直线运动公式及牛顿第一、第二两条定律.学生已经能够初步掌握单个物体受力和运动状态变化的关系，并能对相关物理量进行计算.但是他们对物体间的相互作用还处于定性了解的阶段，在实际运用中无法利用牛顿第二定律和牛顿第三定律解决多个物体相互作用情景下的实际问题.

以前测第10题为例：

如图1所示，在等臂托盘天平两盘中，一盘放着一个质量为m的物体，另一盘放着电磁铁和铁块，天平平衡.当电磁铁接通的瞬间，铁块被吸引而离开盘底，则铁块未到达电磁铁而加速上升的过程中，天平右盘会上升还是下降吗？试分析？

学生在该题的得分基本为0，但与分数相比，我们更关注的是学生对此题的认知程度.在前测试卷上，学生被要求将对该题的思路写出来，同时结合前测后对不同类型学生的访谈，归纳出了三种不同层次的认知水平：

（1）铁块从盘底上升之后即脱离了左侧系统，因此左侧失去一部分质量变轻，右盘下降.

（2）铁块从盘底上升后仍然和磁体之间有相互吸引，天平仍平衡.

（3）铁块从盘底上升后对电磁铁有向下的拉力且更大，左侧下降右盘上升.

第一种认知表明学生并未认识到物体间相互作用，第二种则是认识到物体间存在相互作用但未能用牛顿第二定律进一步分析其变化，第三种则表明学生能够很好的将牛顿第二定律和第三定律结合进行分析解题.测试结果显示停留在第一种和第二种认知水平上的学生占大多数.

更为有趣的是，我们也找了高二、高三两个年段的部分中等学生进行了测试和访谈.结果表明这部分学生仍然在这个题目中表现不佳.要找出这种现象的原因，需要反观传统的牛顿第三定律教学模式，通过收集牛顿第三定律相关的教学论文和教案，我们所见的教学模式大致有如下四个阶段：

第一阶段：以学生为主体，教师为学生创设不同的分组实验体验，如一对弹簧秤相互作用，固定于小车上的两个磁铁，以及教师进行的DIS演示实验，在此基础上提出牛顿第三定律.

第二阶段：进行阶段分析小结，阐述相互作用力的相互性、同时性，同质性.

第三阶段：再进一步应用其他例子说明相互作用力与平衡力的异同.

第四阶段：最后利用课堂练习进行检测和巩固.

资料显示：虽然课堂结构略有不同，但教师不约而同的将教学重心更多放在作用力的相互性、同时性，同质性以及相互作用力与平衡力的异同等方面.这种教学模式的缺陷在于未能从整体的角度进行牛顿运动定律的教学.在牛顿三大运动定律中，前两个定律是对单个物体而言，而在自然界中，物体之间总是互相联系，密不可分的.要全面了解物体的运动规律，就需要研究物体间的相互作用，这也是牛顿第三定律所要揭示的内容.反映在教学过程中，要使学生将受力分析对象从一个物体扩展到多个物体，就要使其能将牛顿三大定律融合为一个有机整体.

教师在前测后的集备交流中，结合自身多年的教学实践分析了学生在这类题目中出现困难的原因（V2）.学生在先前学习经验中，并没有明确将牛顿第二定律和牛顿第三定律的应用对象区别开：判断物体相互作用力之间关系时使用牛顿第三定律，判断物体运动状态变化问题时则应该使用牛顿第二定律，这也是我们所确定的牛顿第三定律教学的关键特征.

2 针对关键特征的教学设计

在设计改进教案之时，参与集备的教师在如何处理学习内容上便有了不同的意见（V2）.一个典型的忧虑即是当改变已有成熟的教学模式，采用“变易理论”进行指导对教学设计进行改进之后，相对于接受传统教学的学生，改进班学生是否会在知识的掌握和应用上出现落后情况.而最大的忧虑则是如何跨越理论和实践的“鸿沟”进行突破和创新，为此在进行教学研究的过程中，需要专家的参与和指导.一个课堂学习研究小组的成员来自两方面：其一来自一线教师；其二是来自专业机构的研究员，如学科教学专家和课堂学习研究的专家.

综合几次课前集备讨论的结果，改进版的教案与传统教案的最大区别在于创设了单一情境，教学围绕着该情境不断展开，课堂之初即提出了一个问题：

有个农夫把马套上车，准备赶路（图2），有同学就告诉那个农夫：“马不可能拉动车的，因为根据牛顿第三定律，马向前拉车的力与车向后拉马的力，是一对相互作用力，大小相等，方向相反，所以两个力相互抵消了，车就不可能前进了.如果车前进了，则说明牛顿第三定律是错误的.”

随后的DIS演示（图3）则是以两个仪器分别代表车和马，据此实验结果说明相互作用力的相互性、同时性及同质性等特征.并以牛顿第三定律肯定了故事中同学表述中正确的部分：“马向前拉车的力与车向后拉马的力，是一对相互作用力，大小相等，方向相反”.

但可以看出，这并没有解决为什么车会前进的问题，出现这一现象的原因在于学生并没有关注到隐藏在该情境中新事物的特征.变易理论指出，当某一事物的一些特征出现变动，而其他特征维持不变，则变动的特征便会被辨识到.为使辨识的过程能够出现，学生必须感到事物正在变动.教师不能强迫学生审辨，但却可以创造机会，即通过“变易图式”，引起学生对某些特征的关注，从而审辨到该特征，使它们从背景移到前景.基于此，在应用马拉车的情境完成作用力反作用力与平衡力的异同教学之后，与传统教学只是进行问题的讲解和分析不同，改进班对最终解决“所以两个力相互抵消了，车就不可能前进了.如果车前进了，则说明牛顿第三定律是错误的”这个情境采用了如下的变易范式（V3）：

在马拉车这一不变的情境中，教师重点分析改变马的拉力使车分别做加速、匀速和减速运动这一变易范式.在每一种运动中，教师引导学生分析不同运动过程中车的受力情况，并同时对比作用力反作用力之间关系.在教师引导下，学生逐层建构出以下三个结论：

①不同运动过程中，作用力反作用力关系未发生变化，而车的受力情况却大不相同.

②作用力反作用力由于作用在不同物体上无法抵消，也不能作为车运动状态是否变化的判断依据.

③在判断车的运动状态时应该将注意力聚焦在车受到的力上.

类似的，也可以让马的拉力保持不变，改变车重从而改变车受到的摩擦力.通过这一系列经过系统安排的“变”与“不变”，学生很快就审辨出牛顿第二、第三定律在应用对象上的不同之处.

综合对比改进教学和传统教学这两种模式，最大的区别有两个：

首先，传统教学创设了大量不同的实例进行教学，学生的思维在不同的情境中跳转.这种教学模式注重不同情境间相通的地方，通过对不同实例的分析有利帮助学生理解牛顿第三定律的内在属性，但较少涉及这些情境中所包含的其他物理规律.改进班的教学设计始终围绕马拉车的问题情境，而把其他实例的应用留作了课后练习.这种教学模式注重同一情境内不同的地方，使学生经历同一事物的不同方面，进而审辨出牛顿第三定律的关键特征并使之与其他规律区别开来.

其次，传统教学在牛顿第二、三定律应用对象上的区别时采取了经验性的做法，教师在实际课堂中虽然也应用了马拉车的实例组织学生进行讨论，但未能有意识的采取改进班的“变易图式”，只是简单指出了问题的答案.改进班则注重使用变易范式系统地安排力的变化，如让马的拉力保持不变，通过车上货物重量变化改变车所受的摩擦力，使车处于不同的运动状态进行分析.通过这一系列变与不变的关系使学生深刻理解所学习内容的关键特征.

3 教学效果评测及反思

在分别进行了6个班传统教学和6个班的改进教学之后，我们把前测的试卷再次进行了后测，需要说明的是研究开始之初（前测结束后），教师并未进行讲评，课堂教学也不能涉及前测出现的试题，传统组和改进组使用完全相同的上课素材.另外，无论是前测或是后测都以闭卷形式作答，同时安排教师监考以期最大限度的保证数据的可靠性.表1为传统班和改进班后测数据对比：

第2篇：牛顿第二定律教案范文

[关键词] 大学物理 牛顿运动定律 万有引力定律

1.引言

众所周知，大学物理学是大学理工科专业必修的基础理论课程，牛顿运动定律和万有引力定律又是经典力学的基础与核心内容。学生在中学学习阶段已经学过这些重要知识，在大学物理教学过程中，不但要体现和中学物理的内在联系，而且具有大学物理教学的风格和特点，培养学生的科学素质、创新意识以及科学信息素养，注重交叉学科的相互结合，以激发学生的求知欲望，培养和锻炼学生分析问题和解决问题的能力，以满足高校创新应用型人才的培养需要，使学生能适应时代和社会的发展需要呢？笔者根据自己多年来对大学物理的教学与实践研究经验，针对高校所使用的大学物理教材，对牛顿运动三定律和万有引力定律深入分析、充分理解，并提出相应教学处理办法。

2.牛顿运动定律和万有引力定律的教材分析

牛顿综合开普勒的天体力学和伽利略的地上力学的成就，提出物体运动三定律和万有引力定律，这标志着经典力学向纵深发展并趋向成熟，同时也是人类对自然界的第一次综合认识。然而，“由牛顿定律代表的经典力学是一个复杂的，并在许多方面是精微的事物。这定律的准确内容，在牛顿提出他的第一种说法之后近三个世纪，仍然是一个在辩论中的问题” [1]。

2.1牛顿运动定律的分析

在物理学史中，人们曾对牛顿运动三定律在哲学上和逻辑上的矛盾展开过热烈的讨论。爱因斯坦说：“惯性原理的弱点在于它含有这样的一种循环论证：如果有一物体离开别的物体都足够远，那么它运动起来就没有加速度度；而只是由于它运动起来没有加速度这一事实，我们才知道它离开别的物体是足够远的[2]”。即第一定律含有循环论证：怎样判别物体是否受到外力，所使用的参考系是否为惯性系这两件事情，要同时依靠物体是否在做惯性运动（匀速直线运动）来决定。

第二定律中涉及到重要的物理量“质量”，牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，把质量看成“物质的量”，指出“物质的量是用它的密度和体积一起来量度的。”但是牛顿又把物质的量（单位为摩尔）也称为“物体”或“质量”，他提出的“质量”概念是一个朴素含糊的概念，仍然需要加以提炼改造才能形成为精确的科学定义。

第三定律认为作用力和反作用力完全对称，它们沿着同一条直线，同时出现、同时消失、同时发生变化，而且是属于同一性质的力。可见，第三定律的局限性表现在“同时性、同存性、同线性、同质性”，在经典力学范畴内，第三定律对动力学和静力学都适合，但在场的动量不能忽略（例如电磁相互作用）的情况下不能应用第三定律。

事实上，第一定律和第二定律研究单个物体及其运动状态是否发生变化，它只和作用在该物体上的合外力有关，没有讨论这个合外力的性质和来源，不知道各个分力的种类和性质。若合外力为零，则不可能有单个力作用在物体上。第一定律可以从第二定律中推导出来，为什么牛顿还要单独提出第一定律呢？答案是第一定律除了描述不受外力作用的自由运动之外，还确定了惯性参考系。它是动力学的出发点，如果不首先确定惯性系，就无法正确地表述其他定律，对于牛顿运动定律不适用的非惯性系，可引入惯性力的概念来解决问题。

第三定律研究两个物体间的作用力和反作用力，但不能计算出这些力的大小、也不能知道它们的起源。由此得出的一个重要推论：力总是成对出现的。没有其他的已知条件，单凭第三定律也计算不出某个力，但它可从单个质点转移到质点系统的研究。

2.2 万有引力定律的分析

开普勒在前人研究的基础上，通过理论运算，解决了行星绕太阳在椭圆轨道上运行的规律，即开普勒第一定律，但不能揭示行星按此规律运动的真正原因。英国物理学家牛顿(公元1642～1727)对该问题进行了艰苦的探索，最后取得了重大突破。

牛顿发现万有引力的过程是一个循序渐进的过程。首先，牛顿论证了行星的运行必然受到一种指向太阳的引力；其次，牛顿进一步论证了行星沿椭圆轨道运行时受到太阳的引力，与它们的距离的二次方成反比；再次，牛顿从物体间力的作用的相互性出发，大胆假设并实验验证了行星受太阳的引力也跟太阳的质量成正比，从而得出结论：太阳对行星的行力跟两者质量之积成正比；最后，牛顿做了著名的“月一地”检验，并将引力合理推广到宇宙中任何两个物体，使万有引力规律赋予普遍性。他通过对月球运动的验证，得出万有引力定律，即天体间的相互作用力大小与他们的质量成正比，与天体中心距离的平方成反正。理论在开始阶段只能以假设的形式存在，在其后的一百多年间，由于不断被实践所证实，最后才真正成为一种理论。

后来，不断有物理事实验证了牛顿万有引力的正确性，其中，最重要的几个事实。其一，月-地检验。根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度就是它在地面附近下落时的加速度的1/602，当时已测量得重力加速度、月球与地球的距离和月球公转的周期，推算得到月球运动的中心加速度。其二，海王星的发现。英国剑桥大学的学生亚当斯和法国的天文学家勒维耶根据天王星的观测数据，用万有引力定律计算得到这颗未知行星的轨道。1846年9月23日，德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，即后来命名的海王星[3]。其三，哈雷彗星回归的正确预言。1705年英国天文学家哈雷根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道，正确预言了这颗在1531年、1607年和1682年被看到的彗星能在1758年回归。在1758 年的圣诞节，也即哈雷死后16 年，乔治・帕里什观测到了这颗彗星，的确和哈雷的预言相差无几．哈雷以万有引力定律为基础推算出这颗彗星的轨道是椭圆，所以这颗彗星就以“哈雷”命名．此后哈雷彗星在1834 年、1910 年和1986 年共出现了3 次，这就有力地验证了万有引力定律的正确性[4]。近代物理学认为，任何物理都在周围空间存在引力场，物体之间的引力是通过引力场来传递的[5]。

2.3牛顿运动定律和万有引力定律的区别和联系

牛顿在前人研究的基础上，从1665年开始研究万有引力问题，产生初步的思想，应用开普勒行星运动三定律和他总结的物体运动三定律，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》是提出了完整的万有引力定律。若应用近似方法，把行星的椭圆运动看成圆周运动，以普通物理和初等数学为工具，从开普勒三定律和牛顿三定律求得万有引力表达式。若根据理论力学，应用高等数学和解析几何知识，也可以精确地推导出万有引力定律。

牛顿运动定律和万有引力定律之间有显著的区别，也许牛顿本人也意识到这一点，所以，他没有把万有引力定律称为物体运动第四定律。运动三定律是物理学的基石，本身具有公理的性质，牛顿在《原理》一书中也倾向于视其为公理。第一定律阐述物体不受外力作用下会做匀速直线运动，这是无法由实验来验证的。人们接受它是因为由它推导出来的结论不会和有限的实验事实相矛盾，定律本身也限定了它的使用范围是惯性参考系。

相反，万有引力定律给出计算宇宙中的一个基本力的理论和数学公式，本身不是公理。牛顿没有解释产生引力现象的真正原因，没有合理说明为什么万有引力存在，他只用形而上学的解释一笔带过，而它的发现对天文学的发展有巨大的推动作用。牛顿用它正确地解释了潮汐现象，人们用它认识了新的太阳系成员，如1846年发现了海王星。同时以它和开普勒定律为基础，研究开体运动的规律，确定行星的质量和轨道，计算了行星、慧星、卫星的位置，在星际航行方面趣了重要的作用[6]。当然它也存在局限性，如它和电磁力无关，无法解释谱线的引力红移现象、光线在太阳引力场中的偏移以及水星近日点的运动等问题。

3.牛顿定律和万有引力定律的教学处理

针对非物理专业的大学物理的教学情况，本文提出在教学中应该慎重对待牛顿定律和万有引力定律，应从以下两方面进行教学处理。

3.1淡化定量计算，深化定性思考

中学物理注重计算，采用选配物理公式为主的解题策略，学生的物理定性推理能力低于数学推理能力，高强度的数学训练形成消极的思维定势。牛顿定律和万有引力定律与中学重复的部分让学生自学，引导学生把主要精力放在理论的建立过程上：观察现象、提出问题、猜测结果、设计实验、测量数据、得出数学表达式。它涉及到定义新物理量、定律成立的条件和适合范围、阐明定律的理论地位、近代物理学发展的历程，只有全面考察才能理解它们的内涵与外延。

教学中注重体现牛顿的创新性，比如，伽利略研究斜面运动，认识到在忽略摩擦力的情况下地面上的物体一旦运动起来将保持匀速直线运动的状态。但是对于天体运动，他认为行星沿圆形轨道绕太阳转动是不需要外力的“自然运动”，表明伽利略还没有完全摆脱古希腊亚里士多德的影响，不能把物体保持惯性的属性看成普遍的自然规律。牛顿比伽利略前进一步，他认识到这一性质的普遍意义。笛卡尔和惠更斯在研究物体的碰撞运动时作为前提利用了运动第三定律的思想，但只有牛顿把它表述为一个普遍定律，体现出牛顿的创新思维。

3.2发掘教材疑点，树立科学理性

大学物理有明确的专业性，内容有一定的学术性，教学形式多样，教学环境有一定的开放性，学习有相对的独立性。通过牛顿运动定律的分析，树立学生的批判意识和科学理性精神，鼓励他们善于质疑，这是推动学生追求知识的内在动力。大学生对讨论课的兴趣大于传统的讲授课、复习与实验课，要启发学生用批判的眼光来发掘教材、分析教材中的不足，通过讨论来提高钻研教材的积极性。

物理教学现代化是当前教学改革的新动向，为扩大学生的知识面，为后续学习打下坚实的基础，可适当介绍现代物理学中的质量和力，加深对第二定律的理解。在牛顿力学中，力和质量的概念通过质点运动状态的变化来建立，物体间的相互作用以力来描写，赫兹称为“力的表象”；另一种以能量和动量来描写物体间的相互作用的方式，赫兹称为“能量表象”。在牛顿力学范围内，力的表象和能量表象原则上是等价的，但从现代物理的发展高度来看，这两种表象并不等价。因为，能量表象可以描写实物的运动，还可以描写场的运动变化形式。牛顿运动定律建立在即时超距作用的机制上，而任何相互作用的传播速度都不可以大于光速C。对于粒子产生的湮灭的现象，是无法用力的表象来表达的。

参考文献：

[1]A.P.弗仑奇著.牛顿力学[M] (中译本),北京:人民教育出版社,1978:182.

[2]爱因斯坦.爱因斯坦文集[M](第一卷).许良英,范岱年编译.北京:商务印书馆,1976:170.

[3][6] 漆安慎,杜婵英.力学[M](第二版).北京:高等教育出版社,2005.6:187-190.

[4]孙义燧. 从Kepler到Newton[J].温州:温州大学学报,2008.2:34.

[5]陈信义.大学物理教程[M](第2版).北京:清华大学出版社,2008.9:14.

基金项目：

河池学院2011年院级青年科研课题立项B类课题（项目编号：2011B-N001）。

第3篇：牛顿第二定律教案范文

【关键词】教材；牛D第一定律；比较；教学启示

一、中英教材中的《牛顿第一定律》内容表述

1.中国教材（人教版）

以前和现在的人教版的初中教材，关于牛顿第一定律，其内容表述均为：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。

2.英国教材

由西南大学科学教育研究中心廖伯琴教授主译的英国中学主流教材《物理》中关于牛顿第一定律内容是这样表述的：如果一个物体受力平衡（合外力为零），那么：若物体是静止的，它将保持静止状态；若物体是运动的，它将以原来的速度保持匀速直线运动。

二、教材理念的差异及教学效果的差别

1.中国教材（人教版）编写理念及教学效果

（1）教材编写理念

牛顿第一定律是牛顿在伽利略、笛卡尔等人实验与推理的基础上经过进一步推理、总结而得出的，尤其是伽利略的斜面实验基础、结论与推理。因此，我国教材编写者在编写过程中注重尽量还原当时的实验情境、结论与推理结果，以更好地落实《物理课程标准》中的课程性质：“物理学不仅含有人类探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。”

（2）教学效果

在我国教材中，牛顿第一定律表述中成立的条件是物体不受力，而实际生活中是找不到不受力物体的，而且牛顿第一定律无法直接用实验验证得出，因此学生自然而然会在心理有一种排斥和难以置信感，尽管我们老师会不断地强调不受力相当于受平衡力，但也显得苍白。还有就是定律中后面的结论：保持静止状态或匀速直线运动状态。到底是保持静止还是做匀速直线运动，对于一个初中二年级的学生来说难以理解，需要教师做进一步的解释才能弄懂。笔者根据多年的教学及听课经历发现，在讲授《牛顿第一定律》这节内容时，教师通常要对牛顿第一定律进行解读，或引导学生对牛顿第一定律进行解读，以便让学生对牛顿第一定律进行进一步的理解，尽管如此，大多数学生还是不能正确理解。

2.英国教材编写理念及教学效果

（1）教材理念

英国主流教材编写者始终站在一个学习者的角度，把晦涩难懂的物理知识变得浅显易懂，把枯燥无味的物理学变得精彩无比、美妙绝伦。因此，在表述牛顿第一定律时尽可能让学生一看就明白，首先是成立条件上一目了然，不受力和受平衡力均适用牛顿第一定律；其次是结果上一目了然，即原来是静止的物体在不受力或受平衡力时依然静止，原来运动的物体在不受力或受平衡力时会保持原来的速度作匀速直线运动。因此，这样编写降低了知识的理解难度，便于学生学习。

（2）教学效果

笔者让一些学校的物理老师尝试用英国主流教材中牛顿第一定律的内容表述方式进行教学，结果是：学生的学习效果明显提升。以上述题目为例，大部分学生均能选出正确答案，错误率很低，原因在于英国教材中对于牛顿第一定律的表述非常清晰，即原来运动的物体不受力时，将会以原来的速度作匀速直线运动。可见，同样的内容，不同的表述方式，产生的结果会不一样。

三、对物理教学的启示

1.规律描述应言简意赅、一目了然

物理是从纷繁复杂的物质世界中研究物质、相互作用和运动规律的自然科学，具有简单美。因此，教学时也应该力求简洁，做到简单高效，尤其是在描述物理规律时应言简意赅、一目了然。例《牛顿第一定律》可采用英国教材中的描述方式，让学生一看就懂。

2.牢固树立“用教材教”的理念

不可否认，教材是学科专家根据课程标准精心编制而成，具有一定的普适性。但不同地区的学生心理特点及认识水平也存在着一定的差异，教材的编写内容与顺序也不一定适合所有的学生。因此，新课程改革要求我们教师要牢固树立“用教材教”的理念，创造性地使用教材、整合教材，而不要教教材，束缚于教材，例如：物理八年级下册（人教版）第七章第2节弹力中有个实验：“练习使用弹簧测力计”，可以与第3节重力中的实验：“探究重力的大小跟质量的关系”进行整合，合二为一，这样整合教材，不仅节约了教学时间，同时也达到了实验目的。

3.做到“深奥的知识浅显化”

在物理学中，总会一些知识比较抽象，令学生难以理解。如“比热容”这个物理量，学生在学习的过程中很难真正理解它的含义，是物理教学中的一个难点。在处理这个难点，我们教师除了在课堂上让学生做好“比较不同物质吸热的情况”这个实验外，还可以引导学生从“比热容”这个量的名称里面去理解，“比”就是“比较”的意思，“热”就是“吸热或放热”的意思，“容”就是“能力、本领”的意思，把这三个字的含义合起来，就是“比较物质吸热或放热能力”。这样，学生就不难理解了。

4.不断钻研，提升专业水平

只有学习，才会进步与提高，在教学过程中可以多看一些物理教学类的杂志，如《中学物理教学参考》、《物理教师》、《物理教学》、《物理之友》等；也可以看看国外的教材，特别是一些发达国家的教材，如美国、英国、荷兰等，了解异国的教育教学理念与教学素材；还可以多听课学习、与同伴交流、研讨等，不断地向书籍与同行学习，潜心钻研，加强反思，持续积累，提升自我教育教学能力。

总之，我们物理教师要牢固树立新课程理念，不断学习与创新教学方式，努力做到“深奥知识浅显化、枯燥知识趣味化、学科知识生活化”。

【参考文献】

[1]物理课程教材研究开发中心.八年级下册物理（义务教育教科书）[M].北京：人民教育出版社，2012：17∽17

第4篇：牛顿第二定律教案范文

物理规律（包括定律、定理、原理和定则等）是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映．它是中学物理基础知识最重要的内容，是物理知识结构体系的枢纽．因此，规律教学是中学物理教学的中心任务．怎样才能搞好规律教学呢？为此，我们进行了专题研究，总结出了规律教学的一般规律．

一、物理规律的类型

1．实验规律物理学中的绝大多数规律，都是在观察和实验的基础上，通过分析归纳总结出来的，我们把它们叫做实验规律．如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等．

2．理想规律有些物理规律不能直接用实验来证明，但是具有足够数量的经验事实．如果把这些经验事实进行整理分析，去掉非主要因素，抓住主要因素，推理到理想的情况下，总结出来的规律，我们把它叫做理想规律．如牛顿第一定律．

3．理论规律有些物理规律是以已知的事实为根据，通过推理总结出来的，我们把它叫做理论规律．如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的．又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的．

二、物理规律教学的基本方法

在物理规律的教学过程中，不仅要让学生掌握规律本身，还要对规律的建立过程、研究问题的科学方法进行深入了解，更重要的是如何应用规律来解决具体问题．为此，对不同的物理规律应采用不同的教学方法．

1．实验规律的教学方法

（1）探索实验法

探索实验法就是根据某些物理规律的特点，设计实验，让学生通过自己做实验，总结出有关的物理规律．

例如在牛顿第二定律的教学中，让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系．使学生得出：在质量一定的条件下，加速度与外力成正比；在外力一定的条件下，加速度与质量成反比的结论．在此基础上，教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系，得出牛顿第二定律．

采用探索实验法，不但能使学生将实验总结出来的规律，深刻理解、牢固记忆，而且还能充分调动学生学习的主动性，增强学习兴趣，更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法．

（2）验证实验法

验证实验法是采用证明规律的方法进行教学，从而使学生理解和掌握物理规律．具体实施时先由教师和学生一起提出问题，将物理规律直接告诉学生，然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论，验证物理规律．

在“力的合成方法”的教学中，采用如下的方法和步骤：

①复习旧知识引入新课题，提出问题．以天花板上的吊灯受力分析为例，可用一根绳子吊住灯，使它不向下掉；也可用两根绳子吊住它．用一根绳子吊灯时，灯受一个拉力作用；用两根绳子吊时，灯受两个拉力作用．可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同．

提出问题：“合力与分力二者间有何关系？”

②将平行四边形定则明确告诉学生．

③让学生通过实验验证平行四边形定则，再在此基础上，进行理论探讨，得出合力大小与方向的表达式．验证实验法的最大特点是学生学习十分主动．这是因为在验证规律时，学生已知问题的答案，对于下一步的学习目的及方法已经清楚，所以更加有的放矢．

（3）演示实验法

演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验，引导学生观察，根据实验现象，师生共同分析、归纳，总结出有关的物理规律．

如在“焦耳定律”的教学中，可采用如下的方法：

①根据日常生活和生产实际经验，分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关．

②研究方法：控制变量法．当电流I、时间t相同时，研究电热Q与电阻R的关系．当电阻R、时间t相同时，研究电热Q与通电时间t的关系．

③通过演示实验找出Q与I、R和t的关系．这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度．我们采用先进的教学设备——实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上．让全体学生都能看到温度计液柱的变化．由实验得出结论：当I与t一定时，R越大，Q越大；当R与t一定时，I越大，Q越大；当I与R一定时，t越大，Q越大．

④根据演示实验结论，分析得出焦耳定律．这种方法要充分发挥演示实验的作用，增强演示实验的效果．

2．理想规律的教学方法

理想规律是在物理事实的基础上，通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律．因此在教学中应用“合理推理法”．如在牛顿第一定律的教学中，要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验，发现平面越光滑，摩擦阻力越小，小车滑得越远．如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下，小车则将永远运动下去，且速度不变，做匀速直线运动，从而总结出牛顿第一定律．又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的．

3．理论规律的教学方法

理论规律是由已知的物理规律经过推导，得出的新的物理规律．因此，在理论规律教学中应采用“理论推导法”．

如在“动能定理”的教学中，教师提出问题：质量为m的物体在外力f的作用下，由速度v1，经过位移s，达到速度v2．请学生运用所学的知识，找出外力所做的功跟物体动能变化的关系．学生在老师的指导下，根据牛顿第二定律和运动学规律，都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式．

三、物理规律教学中应注意的问题

1．弄清物理规律的发现过程

物理规律的发现，大致分为3种情况：

（1）实验规律都是经过多次观察和实验，进行归纳推理得到的．如牛顿第二定律、气体实验三定律等．

（2）理想规律都是由物理事实，经过合理推理而发现的．如牛顿第一定律，理想气体状态方程．

（3）理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律．如万有引力定律是由牛顿第二定律推导出来的．

2．注意物理规律之间的联系

有些物理规律之间是存在着相互关系的．以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例，两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系．第一定律是说物体不受外力时做什么运动，第二定律是说物体受力作用时做什么运动．第一定律是第二定律的基础，没有第一定律，就不会有第二定律．虽然第一定律可以看成是第二定律的特例，但不能去掉第一定律．

3．要深刻理解规律的物理意义

在规律教学过程中，要引导学生深刻理解规律的物理意义，防止死记硬套．为此应做好以下几点：

（1）从理论上解释实验规律，做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律．如玻意尔定律是实验定律，也可以从分子动理论来解释它，做到理论与实验相统一．

（2）要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式．如ρ＝m/v．对同一物质而言，不能说密度跟质量成正比，跟体积成反比．因为同一物质的密度是不变的．

（3）要引导学生总结物理规律间的相互联系，以便更深入的理解物理规律．如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系；动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等．

（4）要充分认识物理规律中各个物理量的物理意义．如F=ma中的F指的是物体所受的合外力；在E=ΔΦ/Δt中，要区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义；又如在a=Δv/Δt中，要区别v、Δv、Δv/Δt的物理意义．

4．注意物理规律的适用范围

物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的，只能在一定的范围内使用．超越这个范围，物理规律则不成立，有时甚至会得出错误结论．这一点往往易被学生忽视，他们一遇到具体问题，就乱套乱用物理规律，或者盲目外推，得出错误结论．因此，在物理规律教学中，要引导学生注意物理规律的适用范围，使他们能够正确使用物理规律解决实际问题．

四、运用物理规律解决实际问题

在规律教学中，要指导学生运用物理规律去分析和解决具体的物理问题，在使用中进一步加深对物理规律及其物理意义的理解．

1．培养学生运用物理规律解决实际问题的能力

例题的作用就是示范性，通过对例题的分析，总结出解决问题的思路、方法与步骤，引导学生应用物理规律解决实际问题．如牛顿第二定律的应用可分为3个方面：

（1）由力F求加速度a．

（2）由加速度F求力a．

（3）由m=F/a来解释惯性与质量的关系．

针对上述3种情况，可以各设计一个典型例题，指导学生运用牛顿第二定律解决实际问题，从而达到培养学生运用物理规律解决实际问题的能力．

2．强化训练学生运用物理规律解决具体问题的能力

精心挑选习题，让学生通过适量训练，在实践中总结运用物理规律解决实际问题的方法与技巧，从而达到提高运用物理规律解决物理问题的能力．注意习题要少而精，不搞题海战术．

3．适时组织测验，检查学生运用物理规律解决实际问题的能力

适时、定期组织物理测验，是检查物理规律教学效果的有效途径．值得注意的是，在运用物理规律的过程中，要指导学生不断总结分析问题和解决问题的方法与技巧，能做到举一反三．

综上所述，我们对物理规律的教学进行了系统、全面、具体的研究，总结出了一般规律．但教学是一门创造性艺术，只有在教学中不断创新，敢于试验，大胆改革，才能提高物理规律的教学水平．

参考文献

第5篇：牛顿第二定律教案范文

论文关键词：解题思路,物理规律,物理概念

解物理题一般来说是根据题目叙述的物理情景和已知条件，运用某个物理规律或几个规律去求出待求量的答案。因此解题思路应该从物理规律中去寻找。从物理规律本身的分析中引出解题思路，是形成解题思路的基本方法。物理规律通常用一个数学公式表述，这个数学公式表述了有关物理量之间的数值关系，称之为某某定律、定理。从定律、定理中找解题思路，就要求分析定律中涉及的每一个物理量的意义和各物理量之间的相互关系。这不但有利于加深对物理概念、物理规律的理解，也有利于抽象思维能力的提高。

现举例说明上述观点。

牛顿第二定律是质点动力学的核心规律，动量定律、动能定理均可从牛顿第二定律导出。所以牛顿第二定律及其导出规律在解质点动力学问题中占有极其重要的地位。当各量都取国际单位制时，牛顿第二定律的数学表达式为F合=ma，公式中F合这一项涉及具体的性质力的规律，如万有引力定律，库仑定律等，涉及力的合成分解，以及矢量运算遵循的平行四边形法则。a这一项涉及匀变速直线运动和匀速圆周运动等运动学方面的有关规律。所以全面掌握牛顿第二定律就掌握了力学中涉及的大多数规律和法则。

牛顿第二定律反映的是物体在力的作用下如何运动的问题，所以应用牛顿第二定律时，首先必须明确研究对象，即确定研究主体，并将其从周围环境中隔离出来（所谓隔离体法）。隔离体法在处理连结体问题时，在大多数情境中是必不可少的，如果取连结体的整体，则仍然是一个确定研究主体的问题。研究主题确定了，公式中的m这一项就定了；第二步即对研究主体进行受力分析，是F合这一项的要求，只有对物体进行正确的受力分析，才能确定其所受的合力；第三步，分析研究主体运动状态的变化，从而由运动学规律确定a；第四步，建立牛顿定律的方程，随后就是解方程和讨论结果了。

综上所述，应用牛顿第二定律解题的四个步骤，不是人为的强加于学生的模式，而是应用牛顿第二定律公式F合=ma本身的需要，这就是由物理规律本身去找解题思路的道理。

再举一个电学的例子。、

欧姆定律I=是电学中一个最基本的公式，使用中要注意式中各量的值确属同一电路或电阻，也就是确属同一研究对象，即U是研究对象两端的电压，R是研究对象的阻值，I是流过研究对象的电流，防止张冠李戴。

我们举一个实例：如图，已知E=2V，r=0.5Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,求A、B之间和A、C之间的电压。

分析：对整个闭合电路，由闭合电路欧姆定律，得：

I= (1)

隔离A、B之间的外电路，由部分电路欧姆定律，有

UAB=IRAB=I[] (2)

隔离R3，有

I3= (3)

对节点A，有 I=I1+I3 (4)

隔离R1,有 UAC=I1R1 (5)

由（1）--（5）式，代入数据，得出

UAB=1.5V

UAC=0.5V

由此可以看出，在电路问题中，所谓整体，是指具有共同的干路电流的整个电路；所谓隔离，是指对电路的某一部分或某一元件进行研究，联系各部分电路或元件的是连接处的电压和电流，它们之间的关系由串并联的电流、电压的基本关系确定；欧姆定律既适用于电路整体，也适用于某一部分电路，即电学问题也存在研究对象问题。在研究对象确定好以后，再对确定对象进行有关的物理量分析，从而代入恰当的物理方程进行计算和讨论。

可见，解题思路是在分析物理规律中找出的，解题步骤是应用物理规律的客观需要。严格按照由物理规律本身得出的解题步骤，即用有序思路去解决每一个具体的物理问题，正是为了训练正确的思维方式，提高分析问题的能力，这无疑有助于克服解物理问题时无从下手的困难，有助于克服解题时思维混乱的无序状态。

因此，为了有效地提高学生的思维素质和多方面的能力，应当从最基本之处着手，也就是让学生实实在在地准确地理解和掌握物理概念和物理规律的内涵、意义、相互关系、适用条件以及应用中应注意的问题等，并引导学生去思考、讨论、分析、比较、归纳、总结所学的物理知识，从而逐渐领会和掌握物理学的思想、观点和方法。果能如此，学生就不会被动地在茫茫题海中苦苦追求，而能看清物理知识的经纬，有目的主动巡游。其实这种从规律中引出方法的观点，不但对解决问题、应试有用，对未来大学的学习，甚至在大学以后的工作、生活中也有普遍的意义。

第6篇：牛顿第二定律教案范文

一、物理规律的类型

1、实验规律物理学中的绝大多数规律，都是在观察和实验的基础上，通过分析归纳总结出来的，我们把它们叫做实验规律。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等。

2、理想规律有些物理规律不能直接用实验来证明，但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析，去掉非主要因素，抓住主要因素，推理到理想的情况下，总结出来的规律，我们把它叫做理想规律。如牛顿第一定律。

3、理论规律有些物理规律是以已知的事实为根据，通过推理总结出来的，我们把它叫做理论规律。如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的。又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。

二、物理规律教学的基本方法

在物理规律的教学过程中，不仅要让学生掌握规律本身，还要对规律的建立过程、研究问题的科学方法进行深入了解，更重要的是如何应用规律来解决具体问题。为此，对不同的物理规律应采用不同的教学方法。

1、实验规律的教学方法

（1） 探索实验法

探索实验法就是根据某些物理规律的特点，设计实验，让学生通过自己做实验，总结出有关的物理规律。

例如在牛顿第二定律的教学中，让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系。使学生得出：在质量一定的条件下，加速度与外力成正比；在外力一定的条件下，加速度与质量成反比的结论。在此基础上，教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系，得出牛顿第二定律。

采用探索实验法，不但能使学生将实验总结出来的规律，深刻理解、牢固记忆，而且还能充分调动学生学习的主动性，增强学习兴趣，更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法。

（2） 验证实验法

验证实验法是采用证明规律的方法进行教学，从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题，将物理规律直接告诉学生，然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论，验证物理规律。

在“力的合成方法”的教学中，采用如下的方法和步骤：

①复习旧知识引入新课题，提出问题。以天花板上的吊灯受力分析为例，可用一根绳子吊住灯，使它不向下掉；也可用两根绳子吊住它。用一根绳子吊灯时，灯受一个拉力作用；用两根绳子吊时，灯受两个拉力作用。可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同。

提出问题：“合力与分力二者间有何关系？”

②将平行四边形定则明确告诉学生。

③让学生通过实验验证平行四边形定则，再在此基础上，进行理论探讨，得出合力大小与方向的表达式。验证实验法的最大特点是学生学习十分主动。这是因为在验证规律时，学生已知问题的答案，对于下一步的学习目的及方法已经清楚，所以更加有的放矢。

（3） 演示实验法

演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验，引导学生观察，根据实验现象，师生共同分析、归纳，总结出有关的物理规律。

如在“焦耳定律”的教学中，可采用如下的方法：

① 根据日常生活和生产实际经验，分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关。

② 研究方法：控制变量法。当电流I、时间t相同时，研究电热Q与电阻R的关系。当电阻R、时间t相同时，研究电热Q与通电时间t的关系。

③ 通过演示实验找出Q与I、R和t的关系。这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度。我们采用先进的教学设备――实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上。让全体学生都能看到温度计液柱的变化。由实验得出结论：当I与t一定时，R越大，Q越大；当R与t一定时，I越大，Q越大；当I与R一定时，t越大，Q越大。

④根据演示实验结论，分析得出焦耳定律。这种方法要充分发挥演示实验的作用，增强演示实验的效果。

2、理想规律的教学方法

理想规律是在物理事实的基础上，通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。因此在教学中应用“合理推理法”。如在牛顿第一定律的教学中，要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验，发现平面越光滑，摩擦阻力越小，小车滑得越远。如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下，小车则将永远运动下去，且速度不变，做匀速直线运动，从而总结出牛顿第一定律。又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的。

3、理论规律的教学方法

理论规律是由已知的物理规律经过推导，得出的新的物理规律。因此，在理论规律教学中应采用“理论推导法”。

如在“动能定理”的教学中，教师提出问题：质量为m的物体在外力f的作用下，由速度v1，经过位移s，达到速度v2。请学生运用所学的知识，找出外力所做的功跟物体动能变化的关系。学生在老师的指导下，根据牛顿第二定律和运动学规律，都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式。

三、物理规律教学中应注意的问题

1、弄清物理规律的发现过程

物理规律的发现，大致分为3种情况：

（1）实验规律都是经过多次观察和实验，进行归纳推理得到的。如牛顿第二定律、气体实验三定律等。

（2）理想规律都是由物理事实，经过合理推理而发现的。如牛顿第一定律，理想气体状态方程。

（3）理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律。如万有引力定律是由牛顿第二定律推导出来的。

2、注意物理规律之间的联系

有些物理规律之间是存在着相互关系的。以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例，两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是说物体不受外力时做什么运动，第二定律是说物体受力作用时做什么运动。第一定律是第二定律的基础，没有第一定律，就不会有第二定律。虽然第一定律可以看成是第二定律的特例，但不能去掉第一定律。

3、要深刻理解规律的物理意义

在规律教学过程中，要引导学生深刻理解规律的物理意义，防止死记硬套。为此应做好以下几点：

（1） 从理论上解释实验规律，做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律。如玻意尔定律是实验定律，也可以从分子动理论来解释它，做到理论与实验相统一。

（2） 要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式。如ρ=m/v。对同一物质而言，不能说密度跟质量成正比，跟体积成反比。因为同一物质的密度是不变的。

（3） 要引导学生总结物理规律间的相互联系，以便更深入的理解物理规律。如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系；动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等。

（4） 要充分认识物理规律中各个物理量的物理意义。如F=ma中的F指的是物体所受的合外力；在E=ΔΦ/Δt中，要区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义；又如在a=Δv/Δt中，要区别v、Δv、Δv/Δt的物理意义。

第7篇：牛顿第二定律教案范文

关键词: 惯性；存在；时间；空间

惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性问题也是经常被物理学界讨论的一个话题（1）。可是，尽管经典力学经过了漫长的发展时期，大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性（2），本文试从几个方面对惯性进行了讨论，望引起大家的共识。

一、惯性的意义

大家知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质（3）。一个物体，只要不受外力作用，原来静止的就会一直静止下去，而原来运动的则会一直作匀速直线运动。这里的问题在于：惯性是否是物体的性质？依据牛顿第一运动定律，任何物体均具有惯性。因而，看来惯性不是被研究物体的性质，因为这一性质是一切物体所具有的，也就是说它与物体的个别特征无关。因而，惯性只能是存在的一个特征，是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。换一句话说，它是存在于物体周围的一种条件，一种约束。

二十世纪初，德国数学家诺特尔（4）证明了：空间平移对称性导致动量守恒、空间转动对称性导致角动量守恒、而时间均匀性导致能量守恒。事实上，物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而它与个别的特殊研究对象无关。惯性不是个别存在物的性质，个别存在物只是惯性的显现者，惯性的本质与个别存在物的特性无关。从而我们就不能用反映个别存在物性质的量（例如质量）来测度惯性。因为惯性作为存在的一种显现，并无大小可言，它只是存在之状态的表达。

二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关

通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由：质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。而事实上物体运动状态是否变化，物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。惯性所揭示出的物体之性质不在于其使（或抗拒）物体运动状态的改变或代表改变的难易程度的能力，而在于它的保持某种特定状态（静止或匀速直线运动）的本领：在最相似的物之间，错觉说着最巧妙的谎；最小的罅隙是最难度（5）。因而惯性与物体的质量无关。倘若惯性与物体的质量有关的话，则我们也可以说力与惯性也有关系。因为对于相同质量的物体而言，力越小其运动状态就越难改变。因而，也即力越小物体的惯性越大。事实上，在惯性概念发展的最初时期，牛顿就将惯性与力进行等价的思考，当然现在大家知道牛顿的把惯性等同于力的思想是错的了。如果要说质量与惯性确有联系的话，作者以为也只能从这样的一个视角来看：惯性是由其表现物体周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。这是因为，根据广义相对论，空间的性质是由天体质量的分布所决定的。至于时间，自从奥古斯丁（6）提出“什么是时间？”以来，人们还没有认清它的真面目，也因而从更深的层次上而言，人们只认识到什么是惯性而还没有搞清惯性是什么。

惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因（诚然，所有物体均会表现出惯性），它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映，事实上，它是存在之美感的绽开。因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”（7）这样一种说法就是不当的。因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本分析而来的，在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。其实，惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质，它使物体的存在行为非常简单，而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。静止的永远静止，运动的永远作匀速直线运动，惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的，作者以为均属一种不当的诡辩行为。可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书（8），我们来看一些下面的例子。

例1．惯性也有不利的一面，高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。所以，在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。（9）

在这里，不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大？略作思考，读者就可判断出是由于后者。将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。而发生交通事故的真正原因是，由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。

并且，这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。

例2．把斧柄的一端在水泥地面上撞击几下，斧头就牢牢地套在斧柄上了，这是什么缘故呢？（10）

通常标准答案是这样的：开始斧头和斧柄同时向下运动，当斧柄遇到障碍物时突然停止，而斧头由于惯性保持原来的运动状态，这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。

事实上，斧头在斧柄上套牢是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移，而惯性不是克服某种阻力使斧头运动的原因。在此问题中的一个效果是斧头相对于斧柄产生了某种（克服一定力的）运动，因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动的实质。当以斧柄为参照时，实际上斧柄在撞击的过程中是一个非惯性系，它相对于惯性系有一个向上的加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下的“惯性力”，正是此力与斧头的重力克服了斧头与斧柄之间的弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移，从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢的问题，那么可以这样认为：虽然斧头在斧柄上向下套牢的过程中没有受到除重力以外的向下的另外力，但相对于地面而言斧头具有一定的动能和重力势能，正是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看，一是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移，二是斧头与斧柄的接触面上在发热。

如果仅从动力学的角度来看，斧头在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小与作用时间（或所通过的位移）所共同决定的，也就是说它和斧头相对于斧柄的动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只是使斧柄产生了相对于水泥地面的较大的动量变化率，从而也使斧头具有了相对于斧柄的惯性力。但是，虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上的直接原因，可严格地说，斧头在斧柄上套得牢不牢的原因还和斧头的重力及斧柄的弹性和斧头与斧柄的摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时间也大有关系，因而，撞击“几下”也是一个非常重要的条件。

例3．小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被档板制动时，车上的木块向右倾倒。这是怎么回事呢？（11）

教科书上的答案是这样的：小车突然停止的时候，由于木块和小车之间的摩擦，木块的底部也随着停止，可是木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态，所以木块向右倾倒。

事实上，本例中小车上木块的倾倒是由于力矩作用的缘故。若以地面为参照物，小车对木块的摩擦力对木块的重心而言有一个顺时针旋转的力矩，从而木块向右倾倒。若以小车为参照物，小车被档板制动时已是一个非惯性系，作用在木块（重心）上的“惯性力”对木块的底端也产生一个使木块作顺时针旋转的力矩。

需要指出的是，在上述例2和例3中，斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已是一个涉及物体在非惯性系中的动力学的问题。其中例2是非惯性系中的质点动力学问题，而例3则是非惯性系中的刚体动力学问题。可是，在非惯性系中，我们通常意义上所论述的牛顿第一定律已不成立，从而也失去了此两例的代表意义。也就是说，这两个例子不仅是不准确的解释而且是不适当的例子。在涉及惯性的问题上我们必须分别那些是属于惯性现象，而那些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿的例子，毫无疑问是正确的（12），但我们许多的物理学工作者却将惯性对事物的解释范围作了相当随意而并不恰当的扩展或扭曲。其实在讲述惯性时，用不着举更新鲜的特别例子，倒是需指出惯性使我们对事物常态的存在方式太熟视无睹了。这里问题的关键在于，惯性不是使物体改变运动状态（使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒）的原因。严格地说，这些原因和物体的惯性无关，只和力有关，而至于火车制动得及时不及时，斧头套在斧柄上牢不牢，小木块倾倒得快不快，则不仅与力有关，还和物体的质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。

惯性，这个我们通常认为是由物体内在因素决定的性质，其实是物体存在方式的一种条件性：“试取汽车为参考系统来研究‘当汽车急剧刹车的时候，车中乘客有向前倾倒的倾向’这个问题，在汽车急剧刹车前，相对于汽车而言，乘客是静止的，在汽车急剧刹车时，乘客突然向前倾，这就是说，以汽车为参考系统，乘客由静止而突然向前倾，并不保持其静止状态，并不表现出惯性”（13）。这个条件就是：物体要表现出惯性，它必须处于惯性参考系中。而“事物的存在顽强地延续维持不变，无论运动是快是慢抑或停止。”（14）也只在惯性系中才成立。在研究物体的运动学与动力学问题时，惯性系总有着特殊的地位。可是，这个特殊地位的存在并不单单是人类抽象理性的功劳，并不是人类贪懒和间集化的一个报应，惯性系的存在有其形而上的基础：自然之美的呈现及人对自然之美呈现体认的同一性。如果没有了存在的时间均匀性与空间对称性，我们选取的相对于地面作匀速直线运动的参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形的怪胎。惯性系不仅在计算上向人类提供了联系物体的相互作用与相对运动的便利方式，其更根本的是它使人与存在的关系成为审美性的。惯性定律给我们的启示是：存在是美的。而惯性系则是自然对人的一个馈赠。也因而，我们应当从审美的视角来看待惯性，而不应当将它看成一个恶魔或一件便宜货。

所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈，可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性——也就是说，把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候，对学生的这一期望是合适的吗？其实这是一个误区：当教完一些物理学的基本概念与规律以后，就要求学生用它们解释自然现象。事实上，物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象，它没有这个功能，它只是告诉我们要去感受些什么，它提供给我们的不是一种推理的方式，而是一个判断的原则 ：它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。

三、惯性定律与牛顿第二定律的关系

当物体所受的合外力为零时，从牛顿第二定律可知物体处于静止状态或作匀速直线运动。可是，仅依据这一点却不能认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的一个特例。因为这两个定律的论述对象其实是不一样的。牛顿第二定律的研究对象是一个物体，而牛顿第一定律论述的是整个存在的性质。惯性——这个任何物体均具有的性质其实不是我们的个别研究对象所具有的性质，因为这个“任何物体”，包括了天地间的万物，而万物的总称（15）即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今来曰宙”.也即任何个别的物体都不可能无条件地具有惯性：惯性是存在的特性，是存在着的时空的特性，是宇宙的特性。

其次，牛顿第二定律是关于个别物体因果性的规律，而牛顿第一定律却与个别物体的因果性无关，它是存在之状态的表述，它的表述是与具体的特定的时间无关的、瞬时性的。正是这种非时间性（16）构成了牛顿力学的本质特征。也正是牛顿第一定律所成立的时间均匀性与空间对称性构成了惯性系的特殊地位，从而使我们可以在牛顿第二定律的意义上来研究物体的动力学关系。因为毫无疑问，物体的运动性质和规律与采用怎样的空间和时间来度量有着密切的关系（17）。由此可见，不仅牛顿第一定律不是牛顿第二定律和特例，恰恰相反，现行的动力学规律正是牛顿第一定律所揭示的存在之性在具体的个体事物上的展现。惯性定律比牛顿第二定律具有更强的基础性。也就是说，正是惯性现象，构成了牛顿动力学所以成立的操作平台。由于物体在不受外力作用下保持其速度不变，因而物体运动速度的变化才跟物体的受力相关。

最后，牛顿把惯性定律放在三个运动定律的首位也是与其对自然的信仰因素有关的。因为在文艺复兴之前的绝大部分思想家继承了亚里士多德关于物体运动内在决定论的观点。但在牛顿看来，基本的物质粒子完全是惰性的，没有任何自发的运动，而电、磁、光这些‘非物质’的力量则成为神在自然中的行动的载体（18）。也就是说，惯性定律内隐含着牛顿否定亚里士多德运动观的内在目的论从而建立新力学的形而上基础。

四、惯性与具体物体的质量无关

从上面的讨论可以看出：“质量是物体惯性大小的量度”这个论题，在几个角度去看都是错误的。第一，质量不是物体惯性大小的量度。个别研究对象的质量与其所揭示的惯性毫无关联。因为这两者从数量上来看是一对无穷大的关系，从内容上来看是个体与存在的关系，在它们之间，人类的理性不可能找到逻辑上的因果链。第二，“物体（的）惯性”这样的说法缺乏依据，因为惯性不是物体的性质。物体只是作为惯性的表现者而存在的。第三，“惯性（的）大小”这样的说法也缺乏依据，因为惯性没有大小，惯性只是存在的一种表达方式，一种特定状态的显现。第四，既然惯性并无大小，我们也不可去进行量度，事实上，任何一本教科书上也没有指出惯性与质量的函数关系，因为这一函数关系并不存在，它只是人们的一个虚假的逻辑推测，谁也不能证明质量与惯性成正比或不成正比 ，更不能得出它们之间的比例系数，因为这些关系均是虚假的。因而，物理学界流传的物体的惯性等于它的质量（19）只是人们一个随心所欲的错误言说。

由于物体质量与惯性无关，所以，将牛顿第二定律中的质量称为惯性质量就是不当的，质量的确对物体运动状态的改变有一种象力一样的阻抗作用，质量在改变物体运动的状态上而言似乎有一种“消解”、“抗拒”力的性质。因而作者认为可将现行的“惯性质量”改称为物体的“抗性质量”。正如牛顿所说：“物体只有当有其他力作用于它，或者要改变它的状态时，才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥力。（20）”因为质量与物体运动状态的变化快慢有关，它事实上具有动力学特征，当一个物体的质量大时，它对运动状态改变的阻抗能力就越大。

从逻辑上而言，我们只有将惯性从物质的内在因素中解除出来，才能完全地克服牛顿时代的机械论自然观与牛顿第一运动定律之间存在着的深刻矛盾。也就是说，这样才能使牛顿第一定律恰如其分地建立在由文艺复兴所形成的机械论而不是亚里士多德的目的论的形而上学基础之上。

五、惯性定律的表述方式

牛顿第一定律是动力学定律的基础，但它本身并不表征物体的某种动力学性质，它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据于上面的论述，对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的：反映时间的均匀性，空间的对称性，及自然之美对人的呈现。可是，现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然，这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的，但以今天的眼光来看，这种差异性就成为值得商讨的了。

例如：一个物体，如果没有受到其他物体的作用，它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态（21）。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远，因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的，陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的，这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例，因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。

另外一种常见的陈述方式是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（22）这样一种表述比前一种完整多了，它几乎就是牛顿的原义，但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”（23）。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定，而“有外力”应当换成“其它物体的作用”，因为惯性定律是不涉及力的，操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。

作者试着这样来陈述惯性定律：存在着的宇宙有这样一种性质，它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许，这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式，它强调了惯性与惯性的表现者（个别研究对象）的严格区分，这个陈述的主语是性质，这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为：使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。

六、人们误解惯性的来源

人们在惯性问题上所犯的错误认识，既来源于历史上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式，又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上，牛顿似乎注定要被人误解”。（24）

在牛顿所陈述的第一定律中：（25）“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态（Every body persists it's state of rest or of uniform motion in a straight line until it is

compelled by some force to change that state.）”。牛顿对“除非有外力作用于它迫使它”作出了对应的理解，即认为保持其静止或匀速直线运动状态的物体是由内部原因的，这个内部原因即称为惯性：“vis insita，或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一个物体当中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动”。（26）在牛顿时代，作出这样的判断是无可厚非的：“一个物体，由于其物质的惰性（现称惯性——译者注），要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此这种固有的力可以用一个最确切的名称‘惯性’或‘惰性力’来称它。”（27）因为在牛顿时代是无法判定惯性的本质的。从牛顿的这一段话我们大致可以判断出，他几乎是在第二定律的意义上来领会惯性的，因而他才认为（惯性）大小与该? 锾逑嗟薄U饣蛐砭褪橇鞔两竦墓咝缘拇笮〉扔谖锾逯柿康脑濉？墒牵6俚恼庖欢卧桃夥岣坏乃枷肴词抢丛从谖鞣焦糯苎餍械墓赜谑挛锉旧淼膬仍诰龆ㄐ缘墓鄣悖骸罢鑫锾宓墓阊有浴⒓嵊残浴⒉豢扇胄浴⒛芏院凸咝裕丛从谄涓鞲霾糠值墓阊有浴⒓嵊残浴⒉豢扇胄浴⒛芏院凸咝裕灰虼耍颐强梢韵陆崧鬯担磺形锾宓淖钚∥⒘R簿哂泄阊有浴⒓嵊残浴⒉豢扇胄浴⒛芏裕⑶腋秤衅涔逃械墓咝裕馐钦稣苎У幕。?8）”。

这一观点可以追踪到亚里士多德，它影响了包括牛顿在内的一大批科学家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过（29）：“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性”；“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”由此我们也可见，在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。

从上面的论述可以看出，人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的，这个原因主要在于：人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候，就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部，把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力，他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即：惯性作为一个内力，在缺乏外部动力或阻力时，会引起无定限的直线运动（30），另一方面，牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承，我们可以从他的著作中强烈地感到，他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然，在现代人看来，自然界的物体是与人具有本质区别的。

在牛顿以后，欧拉则将牛顿关于vis insita 的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力．．．．．惯性的大小与质量成正比例。”（31） 可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在，人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的发展，特别是诺特尔之后，我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关，而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，牛顿的vis insita（惯性是一个消极的本原，靠此本原物体维持它们的运动或静止，按照作用力的大小接受运动，按照受到阻力的大小抵制运动。（32））可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。

参考文献：

(1) 邹荣. 质量是物体惯性大小的量度吗? 新世纪教育文集. 中国广播电视出版社，2000，11，1版，454.

邓昭镜.邓玉兰. 质量是惯性的量度，还是物质之量的量度. 物理教师，2000，12，33.

(2) 徐祖年. 质量是惯性或引力的量度. 物理教师，2001，11，27.

(3) 梁昆淼．力学，上册（修订版）．高等教学出版社，1978，12修订第2版，64.

(4) 漆安慎 杜婵英. 力学， 高等教育出版社. 1997，7，1版，222.

〔美〕阿 · 热．可怕的对称．湖南科学技术出版社，1992，2．1版，126.

曾谨言. 量子力学 卷Ⅱ.科学出版社， 1993，9，1版，231.

(5) 尼采文集．查拉斯图拉卷．青海人民出版社，1995，11，1版，163．

(6)〔古罗马〕奥古斯丁.忏悔录.商务印书馆，1963，7，1版，242．

(7) 中国大百科全书，物理学，Ⅱ.中国大百科全书出版社，1987，7，1版，1236．

(8) 同(3)，65．

(9) 九年义务教育三年制初级中学试用课本，物理，第一册.上海科学技术出版社，1996，5，1版，109．

(10) 同(9)．

(11) 同(9)，108．

(!2)〔英〕伊萨克·牛顿. 自然哲学之数学原理.陕西人民出版社.2001，1，1版，18．

(13) 同(8)．

(14) 同(12)，12.

(15) 辞海．缩印本．1989年版．上海辞书出版社．1123．

(16) 吴国盛. 时间的观念. 中国社会科学出版社，1996，12，1版，171.

(17) 同(7)，702.

(18) 徐向东 伯特《近代物理科学的形而上学基础》译序

http://www.phil.pku.edu.cn/post/show.php?op=pap&sid=30 ;

(19) 同(12)，2.

(20) 同(12)，定义，6。

(21) 同(3).

(22) 全日制普通高级中学教科书（试验修订本·必修），物理，第一册. 人民教育出版社．2000，3，2版46．

(23) 同(7)， 814.

(24) [英] W . C .丹皮尔. 科学史及其与哲学和宗教的关系.商务印书馆，1975，9，1版，253.

(25) 同(12).

(26) 同(12)，6.

(27) [美] H. S. 塞耶. 牛顿自然哲学著作选. 上海人民出版社， 1974，11，1版，14.

(28) 谢帮同. 世界经典物理学简史，辽宁教育出版社.1988.3，1版.73.

(29)舒幼生 陈秉乾 惯性概念的认识及其影响

http://www.edu.cn/20010827/208813.shtml ;

(30) [美] 爱德华·格兰特 .中世纪的物理科学思想，复旦大学出版社，2000，1，1版53.

(31) 同 (28)，.36.

(32) 埃德温·阿瑟·伯特 近代物理科学的形而上基础 第七章 牛顿的形而上学 五、牛顿的以太概念

http://zhenyuan.sdedu.net/Resource/GZ/GZWL/WLBL/WLS00006/6283_SR.htm ;

ON Inertia

ZOU Rong

(No.6 Middle School ， Changshu， Jiangsu ， China， 215500)

Abstract: This paper puts forward a different viewpoint to current inertial view inside

classical mechanics scope and claims that we should distinguish the property of an

object of study from the property of existence，the property of keeping the kind of state

from the property of changing the kinds of states，and that we should also focus our

第8篇：牛顿第二定律教案范文

关键词:惯性；存在；时间；空间

惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性问题也是经常被物理学界讨论的一个话题（1）。可是，尽管经典力学经过了漫长的发展时期，大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性（2），本文试从几个方面对惯性进行了讨论，望引起大家的共识。

一、惯性的意义

大家知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质（3）。一个物体，只要不受外力作用，原来静止的就会一直静止下去，而原来运动的则会一直作匀速直线运动。这里的问题在于：惯性是否是物体的性质？依据牛顿第一运动定律，任何物体均具有惯性。因而，看来惯性不是被研究物体的性质，因为这一性质是一切物体所具有的，也就是说它与物体的个别特征无关。因而，惯性只能是存在的一个特征，是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。换一句话说，它是存在于物体周围的一种条件，一种约束。

二十世纪初，德国数学家诺特尔（4）证明了：空间平移对称性导致动量守恒、空间转动对称性导致角动量守恒、而时间均匀性导致能量守恒。事实上，物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而它与个别的特殊研究对象无关。惯性不是个别存在物的性质，个别存在物只是惯性的显现者，惯性的本质与个别存在物的特性无关。从而我们就不能用反映个别存在物性质的量（例如质量）来测度惯性。因为惯性作为存在的一种显现，并无大小可言，它只是存在之状态的表达。

二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关

通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由：质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。而事实上物体运动状态是否变化，物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。惯性所揭示出的物体之性质不在于其使（或抗拒）物体运动状态的改变或代表改变的难易程度的能力，而在于它的保持某种特定状态（静止或匀速直线运动）的本领：在最相似的物之间，错觉说着最巧妙的谎；最小的罅隙是最难度（5）。因而惯性与物体的质量无关。倘若惯性与物体的质量有关的话，则我们也可以说力与惯性也有关系。因为对于相同质量的物体而言，力越小其运动状态就越难改变。因而，也即力越小物体的惯性越大。事实上，在惯性概念发展的最初时期，牛顿就将惯性与力进行等价的思考，当然现在大家知道牛顿的把惯性等同于力的思想是错的了。如果要说质量与惯性确有联系的话，作者以为也只能从这样的一个视角来看：惯性是由其表现物体周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。这是因为，根据广义相对论，空间的性质是由天体质量的分布所决定的。至于时间，自从奥古斯丁（6）提出“什么是时间？”以来，人们还没有认清它的真面目，也因而从更深的层次上而言，人们只认识到什么是惯性而还没有搞清惯性是什么。

惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因（诚然，所有物体均会表现出惯性），它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映，事实上，它是存在之美感的绽开。因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”（7）这样一种说法就是不当的。因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本分析而来的，在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。其实，惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质，它使物体的存在行为非常简单，而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。静止的永远静止，运动的永远作匀速直线运动，惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的，作者以为均属一种不当的诡辩行为。可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书（8），我们来看一些下面的例子。

例1．惯性也有不利的一面，高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。所以，在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。（9）

在这里，不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大？略作思考，读者就可判断出是由于后者。将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。而发生交通事故的真正原因是，由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。

并且，这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。

例2．把斧柄的一端在水泥地面上撞击几下，斧头就牢牢地套在斧柄上了，这是什么缘故呢？（10）

通常标准答案是这样的：开始斧头和斧柄同时向下运动，当斧柄遇到障碍物时突然停止，而斧头由于惯性保持原来的运动状态，这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。

事实上，斧头在斧柄上套牢是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移，而惯性不是克服某种阻力使斧头运动的原因。在此问题中的一个效果是斧头相对于斧柄产生了某种（克服一定力的）运动，因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动的实质。当以斧柄为参照时，实际上斧柄在撞击的过程中是一个非惯性系，它相对于惯性系有一个向上的加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下的“惯性力”，正是此力与斧头的重力克服了斧头与斧柄之间的弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移，从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢的问题，那么可以这样认为：虽然斧头在斧柄上向下套牢的过程中没有受到除重力以外的向下的另外力，但相对于地面而言斧头具有一定的动能和重力势能，正是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看，一是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移，二是斧头与斧柄的接触面上在发热。

如果仅从动力学的角度来看，斧头在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小与作用时间（或所通过的位移）所共同决定的，也就是说它和斧头相对于斧柄的动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只是使斧柄产生了相对于水泥地面的较大的动量变化率，从而也使斧头具有了相对于斧柄的惯性力。但是，虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上的直接原因，可严格地说，斧头在斧柄上套得牢不牢的原因还和斧头的重力及斧柄的弹性和斧头与斧柄的摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时间也大有关系，因而，撞击“几下”也是一个非常重要的条件。

例3．小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被档板制动时，车上的木块向右倾倒。这是怎么回事呢？（11）

教科书上的答案是这样的：小车突然停止的时候，由于木块和小车之间的摩擦，木块的底部也随着停止，可是木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态，所以木块向右倾倒。

事实上，本例中小车上木块的倾倒是由于力矩作用的缘故。若以地面为参照物，小车对木块的摩擦力对木块的重心而言有一个顺时针旋转的力矩，从而木块向右倾倒。若以小车为参照物，小车被档板制动时已是一个非惯性系，作用在木块（重心）上的“惯性力”对木块的底端也产生一个使木块作顺时针旋转的力矩。

需要指出的是，在上述例2和例3中，斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已是一个涉及物体在非惯性系中的动力学的问题。其中例2是非惯性系中的质点动力学问题，而例3则是非惯性系中的刚体动力学问题。可是，在非惯性系中，我们通常意义上所论述的牛顿第一定律已不成立，从而也失去了此两例的代表意义。也就是说，这两个例子不仅是不准确的解释而且是不适当的例子。在涉及惯性的问题上我们必须分别那些是属于惯性现象，而那些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿的例子，毫无疑问是正确的（12），但我们许多的物理学工作者却将惯性对事物的解释范围作了相当随意而并不恰当的扩展或扭曲。其实在讲述惯性时，用不着举更新鲜的特别例子，倒是需指出惯性使我们对事物常态的存在方式太熟视无睹了。这里问题的关键在于，惯性不是使物体改变运动状态（使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒）的原因。严格地说，这些原因和物体的惯性无关，只和力有关，而至于火车制动得及时不及时，斧头套在斧柄上牢不牢，小木块倾倒得快不快，则不仅与力有关，还和物体的质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。

惯性，这个我们通常认为是由物体内在因素决定的性质，其实是物体存在方式的一种条件性：“试取汽车为参考系统来研究‘当汽车急剧刹车的时候，车中乘客有向前倾倒的倾向’这个问题，在汽车急剧刹车前，相对于汽车而言，乘客是静止的，在汽车急剧刹车时，乘客突然向前倾，这就是说，以汽车为参考系统，乘客由静止而突然向前倾，并不保持其静止状态，并不表现出惯性”（13）。这个条件就是：物体要表现出惯性，它必须处于惯性参考系中。而“事物的存在顽强地延续维持不变,无论运动是快是慢抑或停止。”（14）也只在惯性系中才成立。在研究物体的运动学与动力学问题时，惯性系总有着特殊的地位。可是，这个特殊地位的存在并不单单是人类抽象理性的功劳,并不是人类贪懒和间集化的一个报应，惯性系的存在有其形而上的基础：自然之美的呈现及人对自然之美呈现体认的同一性。如果没有了存在的时间均匀性与空间对称性，我们选取的相对于地面作匀速直线运动的参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形的怪胎。惯性系不仅在计算上向人类提供了联系物体的相互作用与相对运动的便利方式，其更根本的是它使人与存在的关系成为审美性的。惯性定律给我们的启示是：存在是美的。而惯性系则是自然对人的一个馈赠。也因而，我们应当从审美的视角来看待惯性，而不应当将它看成一个恶魔或一件便宜货。

所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈，可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性——也就是说，把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候，对学生的这一期望是合适的吗？其实这是一个误区：当教完一些物理学的基本概念与规律以后，就要求学生用它们解释自然现象。事实上，物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象，它没有这个功能，它只是告诉我们要去感受些什么，它提供给我们的不是一种推理的方式，而是一个判断的原则：它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。

三、惯性定律与牛顿第二定律的关系

当物体所受的合外力为零时，从牛顿第二定律可知物体处于静止状态或作匀速直线运动。可是，仅依据这一点却不能认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的一个特例。因为这两个定律的论述对象其实是不一样的。牛顿第二定律的研究对象是一个物体，而牛顿第一定律论述的是整个存在的性质。惯性——这个任何物体均具有的性质其实不是我们的个别研究对象所具有的性质，因为这个“任何物体”，包括了天地间的万物，而万物的总称（15）即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今来曰宙”.也即任何个别的物体都不可能无条件地具有惯性：惯性是存在的特性，是存在着的时空的特性，是宇宙的特性。

其次，牛顿第二定律是关于个别物体因果性的规律，而牛顿第一定律却与个别物体的因果性无关，它是存在之状态的表述，它的表述是与具体的特定的时间无关的、瞬时性的。正是这种非时间性（16）构成了牛顿力学的本质特征。也正是牛顿第一定律所成立的时间均匀性与空间对称性构成了惯性系的特殊地位，从而使我们可以在牛顿第二定律的意义上来研究物体的动力学关系。因为毫无疑问，物体的运动性质和规律与采用怎样的空间和时间来度量有着密切的关系（17）。由此可见，不仅牛顿第一定律不是牛顿第二定律和特例，恰恰相反，现行的动力学规律正是牛顿第一定律所揭示的存在之性在具体的个体事物上的展现。惯性定律比牛顿第二定律具有更强的基础性。也就是说，正是惯性现象，构成了牛顿动力学所以成立的操作平台。由于物体在不受外力作用下保持其速度不变，因而物体运动速度的变化才跟物体的受力相关。

最后，牛顿把惯性定律放在三个运动定律的首位也是与其对自然的信仰因素有关的。因为在文艺复兴之前的绝大部分思想家继承了亚里士多德关于物体运动内在决定论的观点。但在牛顿看来，基本的物质粒子完全是惰性的，没有任何自发的运动，而电、磁、光这些‘非物质’的力量则成为神在自然中的行动的载体（18）。也就是说，惯性定律内隐含着牛顿否定亚里士多德运动观的内在目的论从而建立新力学的形而上基础。

四、惯性与具体物体的质量无关

从上面的讨论可以看出：“质量是物体惯性大小的量度”这个论题，在几个角度去看都是错误的。第一，质量不是物体惯性大小的量度。个别研究对象的质量与其所揭示的惯性毫无关联。因为这两者从数量上来看是一对无穷大的关系，从内容上来看是个体与存在的关系，在它们之间，人类的理性不可能找到逻辑上的因果链。第二，“物体（的）惯性”这样的说法缺乏依据，因为惯性不是物体的性质。物体只是作为惯性的表现者而存在的。第三，“惯性（的）大小”这样的说法也缺乏依据，因为惯性没有大小，惯性只是存在的一种表达方式，一种特定状态的显现。第四，既然惯性并无大小，我们也不可去进行量度，事实上，任何一本教科书上也没有指出惯性与质量的函数关系，因为这一函数关系并不存在，它只是人们的一个虚假的逻辑推测，谁也不能证明质量与惯性成正比或不成正比，更不能得出它们之间的比例系数，因为这些关系均是虚假的。因而，物理学界流传的物体的惯性等于它的质量（19）只是人们一个随心所欲的错误言说。

由于物体质量与惯性无关，所以，将牛顿第二定律中的质量称为惯性质量就是不当的，质量的确对物体运动状态的改变有一种象力一样的阻抗作用，质量在改变物体运动的状态上而言似乎有一种“消解”、“抗拒”力的性质。因而作者认为可将现行的“惯性质量”改称为物体的“抗性质量”。正如牛顿所说：“物体只有当有其他力作用于它，或者要改变它的状态时，才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥力。（20）”因为质量与物体运动状态的变化快慢有关，它事实上具有动力学特征，当一个物体的质量大时，它对运动状态改变的阻抗能力就越大。

从逻辑上而言，我们只有将惯性从物质的内在因素中解除出来，才能完全地克服牛顿时代的机械论自然观与牛顿第一运动定律之间存在着的深刻矛盾。也就是说，这样才能使牛顿第一定律恰如其分地建立在由文艺复兴所形成的机械论而不是亚里士多德的目的论的形而上学基础之上。

五、惯性定律的表述方式

牛顿第一定律是动力学定律的基础，但它本身并不表征物体的某种动力学性质，它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据于上面的论述，对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的：反映时间的均匀性，空间的对称性，及自然之美对人的呈现。可是，现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然，这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的，但以今天的眼光来看，这种差异性就成为值得商讨的了。

例如：一个物体，如果没有受到其他物体的作用，它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态（21）。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远，因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的，陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的，这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例，因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。

另外一种常见的陈述方式是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（22）这样一种表述比前一种完整多了，它几乎就是牛顿的原义，但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”（23）。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定，而“有外力”应当换成“其它物体的作用”，因为惯性定律是不涉及力的，操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。

作者试着这样来陈述惯性定律：存在着的宇宙有这样一种性质，它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许，这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式，它强调了惯性与惯性的表现者（个别研究对象）的严格区分，这个陈述的主语是性质，这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为：使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。

六、人们误解惯性的来源

人们在惯性问题上所犯的错误认识，既来源于历史上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式，又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上，牛顿似乎注定要被人误解”。（24）

在牛顿所陈述的第一定律中：（25）“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态（Everybodypersistsit''''sstateofrestorofuniformmotioninastraightlineuntilitiscompelledbysomeforcetochangethatstate.）”。牛顿对“除非有外力作用于它迫使它”作出了对应的理解，即认为保持其静止或匀速直线运动状态的物体是由内部原因的，这个内部原因即称为惯性：“visinsita,或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一个物体当中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动”。（26）在牛顿时代，作出这样的判断是无可厚非的：“一个物体，由于其物质的惰性（现称惯性——译者注），要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此这种固有的力可以用一个最确切的名称‘惯性’或‘惰性力’来称它。”（27）因为在牛顿时代是无法判定惯性的本质的。从牛顿的这一段话我们大致可以判断出，他几乎是在第二定律的意义上来领会惯性的，因而他才认为（惯性）大小与该物体相当。这或许就是流传至今的惯性的大小等于物体质量的原义。可是，牛顿的这一段蕴意丰富的思想却是来源于西方古代哲学所流行的关于事物本身的內在决定性的观点：“整个物体的广延性、坚硬性、不可入性、能动性和惯性，来源于其各个部分的广延性、坚硬性、不可入性、能动性和惯性；因此，我们可以下结论说，一切物体的最小微粒也具有广延性、坚硬性、不可入性、能动性，并且赋有其固有的惯性，这是整个哲学的基础（28）”。

这一观点可以追踪到亚里士多德，它影响了包括牛顿在内的一大批科学家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过（29）：“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性”；“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”由此我们也可见，在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。

从上面的论述可以看出，人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的，这个原因主要在于：人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候，就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部，把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力，他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即：惯性作为一个内力，在缺乏外部动力或阻力时，会引起无定限的直线运动（30），另一方面，牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承，我们可以从他的著作中强烈地感到，他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然，在现代人看来，自然界的物体是与人具有本质区别的。

在牛顿以后，欧拉则将牛顿关于visinsita的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力．．．．．惯性的大小与质量成正比例。”（31）可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在，人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的发展，特别是诺特尔之后，我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关，而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，牛顿的visinsita（惯性是一个消极的本原，靠此本原物体维持它们的运动或静止，按照作用力的大小接受运动，按照受到阻力的大小抵制运动。（32））可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。

参考文献：

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(27)[美]H.S.塞耶.牛顿自然哲学著作选.上海人民出版社,1974,11,1版,14.

第9篇：牛顿第二定律教案范文

高考难考，年年考。许多学生再忙碌了许多年以后，不能给自己一个满意的答案。分析主要原因就是思维不够活跃，知识点都是原来的知识点，就是题型有些变化。一题多解重在让学生自己思维，让学生自觉的动脑，动手，充分发挥学生自己的聪明才智，让学生整理。现就针对其中一题多解的解题思路以例举形式展开讨论。

高考题：一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合，如图已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1，盘与桌面间的动摩擦因数为μ2。现突然以恒定的加速度a将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a 满足的条件是什么？（以g表示重力加速度）

解析：以下所有解法中均设圆盘的质量为m、在桌布上运动的末速度为v1、运动时间为t、移动距离为 x1、加速度为a1、桌长为l、桌布在t时间内移动的距离为 x、盘在桌面上移动的距离为x2、在桌面上运动的时间为 t。

解法一：运用牛顿定律和运动学公式求解，由牛顿第二定律和运动公式学有 μ1 mg=ma1 ，μ2mg=ma2 ，v12=2a1x1 ，v 12=2a2x2

盘没有从桌面上掉下的条件是x1+ x2≤l/2

桌布在时间为t内移动的距离为 ：x=at2/2， 又 x1=a1t2/2

而 x=x1+l/2

由以上各式解得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法二：用牛顿定律、速度公式、位移公式求解

由牛顿第二定律和运动学公式有：μ1 mg=ma1，μ2mg=ma2 ，a1t=a2t

盘在桌布上和桌面上的运动有：x1=a1t2/2 ， x2=a2t2/2

盘没有从桌面上掉下的条件是 x1+x2≤l/2 ， 在时间t内桌布移动的距离为：x=at2/2，

而 x=x1+l/2

由以上各式解得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法三：用牛顿定律和平均速度求位移公式求解。

由牛顿第二定律和运动学公式有：μ1 mg=ma1 ，μ2mg=ma2， x1=a1t2/2 ，a1t=a2t

盘在桌面上不掉下的条件为：a1t（t+t）/2≤l/2

在t时间内布运动的距离为：x=at2/2 ，而x=x1+l/2

由以上各式解得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法四：用牛顿定律和相对运动知识求解

牛顿第二定律和运动学公式，得：μ1 mg=ma1，μ2mg=ma2 ，v1=a1t，v1=a2t。

由运动学的公式有：v1=a1t，v1=a2t

用平均速度表示盘不从桌面上掉下的条件：v1（t+t）/2≤l/2

以桌布为参照物，盘以加速度a- a1向左运动，盘落到桌上的条件为：（a- a1）t2/2=l/2

由以上各式得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法五：用动量定理、动能定理和运动学公式求解。

由动量定理和动能定理，有：μ1mgt=mv1 ，μ1mgx1=mv12/2，μ2mgx2=mv12/2。

在t时间内对布的运动有：x=at2/2，而x-x1=l/2

盘在桌面上不掉下的条件为：x1+x2≤l/2

由以上各式得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法六：对全过程应用动量定理和用平均速度求位移的方法求解：由动量定理和动能定理得：μ1mgt=mv1，μ1mgx1=mv12/2，μ1mgt-μ2mgt=0

用平均速度表示盘的全部位移有：v1（t+t）/2≤l/2

在t时间内对布的运动有：x=at2/2 ，而x-x1=l/2

由以上各式得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法七：用动量、能量关系和运动学公式求解。

由动量定理和动能定理，有：μ1mgt=mv1 ，μ1mgx1=mv12/2

盘在桌面上不掉下的条件为：mv12/2≤μ2mg（l/2-x1）

在t时间内对布的运动有： x=at2/2 ，且x-x1=l/2

由以上各式得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法九：用动量定理、牛顿定律和运动学公式求解。

对盘运动的全过程应用动量定理： μ1mgt-μ2mgt=0

由牛顿第二定律和运动学公式有：μ1 mg=ma1，μ2mg=ma2，x1=a1t2/2，x2=a2t2/2

在t时间内对布的运动有：x=at2/2 ，且x-x1=l/2

盘在桌面上不掉下的条件为：x1+x2≤l/2

由以上各式得：a≥（μ1+2μ2）μ1g/μ2

解法八：用动能定理、牛顿定律和运动学公式求解。

由牛顿定律和运动学公式有：μ1 mg=ma1，x1=a1t2/2

由动能定理和运动学公式有：μ1mgx1-μ2mgx2=0 ，x=at2/2，且x-x1=l/2

盘在桌面上不掉下的条件为：x1+x2≤l/2