無限循環?關於慣性系和牛頓運動定律的成立條件

2021-01-14 獨孤九劍笑傲中學物理

昨天有學生問了圖中的問題,對於老師來說,這不是問題,但是對於部分同學,在學習牛頓運動定律時會陷入這樣的死循環。

首先看一下這個問題的提出背景,人教版實驗教科書必修1(2010年第3版)中,講完牛頓第一定律後,課後有個欄目科學漫步:慣性參考系。

教材中這樣表述:在有些參考系中,不受力的物體會保持靜止或勻速直線運動的狀態,這樣的參考系叫做慣性參考系,簡稱慣性系。以加速運動的火車為參考系,牛頓第一定律並不成立,這樣的參考系叫做非慣性系。

首先課本對於慣性系的定義過於抽象,又沒有把相應的概念展開,該同學才會提出相應的問題。所謂慣性系是指在這個參考系中觀察,一個不受外力作用的質點將保持靜止或勻速直線運動,也就是滿足牛頓第一定律的參考系。

慣性定律本身並不存在循環論證問題,會出現循環論證來自於想用慣性定律去尋找和確定慣性系,理論上理想慣性系是存在的,但尋找和確定嚴格慣性系不是必要的。這裡對這個問題不展開討論,記住一點即可:實際應用的慣性系本質上都是非慣性系。

其次根據現行的高考大綱,高考物理對慣性系和非慣性系是不作明確要求的。但是如果對其概念認識不清,就會在解題中出現思路混亂以致錯解的現象,出現上述同學的疑惑。

最後,需要指出的是在經典力學中,牛頓第一第二定律需要在慣性系下才成立,但是牛頓第三定律可以用於慣性系或非慣性系。所以牛一、牛二必須在慣性系下成立,牛三不必。

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