葉靜++++李楚平
物理是一門以實驗為基礎的學科,對物理知識的理解和掌握離不開實驗,所有的物理概念、規(guī)律、定律等都是在實驗的基礎上建立起來的,當我們想對生活中的一些現(xiàn)象追溯理論的依據(jù)時,就需要用實驗來驗證,但最為著名的力學基本定律——牛頓第一定律卻是一個不能用實驗直接來驗證的定律.這是為什么呢?我們先來看看牛頓第一定律的獲得過程吧!
如圖1,在斜面的一端釋放一顆鋼球,我們發(fā)現(xiàn)鋼球從左邊滾下后,會沿右邊的斜面滾上,鋼珠將上升到與左邊釋放高度差不多相同的點.如果不考慮摩擦,鋼球會上升到與原來高度相同的點,不改變小球的位置,只將右邊斜面的傾斜角減小.鋼球還是會上升到原來的高度,但這時通過的路程會比原來長一些,如果把右邊的斜面變成水平面,鋼球為達到原來的高度,就會一直運動下去.
這就是伽利略的斜面實驗,他針對當時“物體的運動需要力來維持”這個統(tǒng)治物理學的力學觀點.提出了自己不同的看法,他認為小球之所以一直能夠運動,不是因為受到了力,恰恰是因為沒有受到力.也就是:力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因.
牛頓在伽利略的基礎上總結、歸納、推理,進一步豐富完善了伽利略的結論:一切物體在沒有受到力的作用時,總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài).這就是舉世聞名的牛頓第一定律,也叫慣性定律,
實際在實驗過程中,摩擦是不可能不存在的.沒有摩擦只是一種理想化的情況.而且我們周圍的物體,總要受到這個或那個力的作用,不受力的物體是根本不存在的.這說明牛頓第一定律是不可能用實驗來直接驗證的.
人類在探索自然規(guī)律的過程中,用到很多的科學研究方法,如等效替代法、類比法、控制變量法、推理法、理想模型法等.牛頓第一定律的得出就應用了推理法,這一定律是在實驗的基礎上,通過進一步的推理概括出來的.
前面我們學過的“真空不能傳聲”的結論也是用推理法得出的.如圖2,從玻璃罩中抽出空氣時.不可能將空氣完全抽盡,因此玻璃罩中不可能出現(xiàn)完全真空的情況.我們是根據(jù)玻璃罩內空氣越少,鬧鈴聲音越小,推理出“真空不能傳聲”這一結論的.
雖然牛頓第一定律不能用實驗來直接驗證,但是從定律得出的一切推論,都經(jīng)受住了實踐的檢驗.很多生活中常見的現(xiàn)象都是可以用牛頓第一定律來解釋的.2013年10月在“神舟”十號的機艙內,王亞平太空授課開始前,聶海勝先做了一個“太空打坐”的動作(如圖3).由于物體在太空中處于失重的狀態(tài),因此聶海勝可以在空中保持靜止不動的狀態(tài),而這在地球上根本是不可能實現(xiàn)的.
如今牛頓第一定律已成為大家公認的力學基本定律之一,為確立正確的“力不是維持物體運動狀態(tài)的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因”這一概念奠定了基礎.
學即用,練一練:
1.下列關于牛頓第一定律建立的說法,正確的是().
A.它是通過理論推導出來的
B.它是通過實驗直接得出的
.它是可以通過實驗來進行驗證的
D.它是以實驗事實為基礎,通過推理、歸納總結出來的
2.分別讓小車從斜面的同一高度滑下,滑到鋪有粗糙程度不同的毛巾、棉布和玻璃的水平面上,小車在不同的平面上運動的距離如圖4所示.實驗結論可以反駁下列說法中的哪一條?()
A.摩擦力越小,小車的速度減緩就越慢
B.若平面非常光滑,小車將永遠運動下去
C.小車受到力的作用就運動,不受力的作用就不運動
D.運動的物體不受力作用時,將保持勻速直線運動狀態(tài)
參考答案:1.D 2.Cendprint