高中物理：运动和力的关系——惯性与质量

高中物理：运动和力的关系——惯性与质量

牛顿第一定律告诉我们，一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，这种性质叫做惯性。生活中经常能观察到有关惯性的现象。比如人站在行驶的公交车中，汽车和人同时向前运动，如果汽车突然刹车，人的脚由于和汽车之间有摩擦，立刻随汽车停止了运动，而人的上半身由于惯性仍然向前运动，就会向前摔倒。

再比如利用惯性演示器研究惯性时，拉动弹簧拨片让其迅速撞击小球下方的木板，木板上方的小球依然保持原来的静止状态，就会掉落到下方的凹槽内。

静止的物体总想保持原来静止的状态，运动的物体总想保持原来的速度做匀速直线运动，所有的物体都具有惯性。那么不同物体的惯性大小是否相同呢？先来看一下怎么比较物体的惯性大小。

既然惯性是物体保持原来运动状态的性质，那么物体的惯性大，就是物体保持原来运动状态的本领强，也就是物体的运动状态不容易改变；反之，物体的惯性小，就是物体保持原来运动状态的本领弱，也就是物体的运动状态容易改变。

根据生活中的经验和精确的实验可以知道，质量小的物体，运动状态容易改变，质量大的物体，运动状态难以改变。因此，质量是物体惯性大小的量度。

有人可能会问，速度大的汽车也不容易停下来是什么原因？是不是速度大的物体惯性也会越大呢？并不是这样，无论速度大的汽车还是速度小的汽车，只要它们的质量相同，要让它们的速度发生同样的变化，其难易程度就是相同的。这就是说这两辆汽车的惯性是相同的，并不受速度的影响，所以质量是物体惯性大小的唯一量度。

质量该如何计量呢？在国际单位制中，质量的单位是千克，符号是
，
℃时
水的质量就是
。1889年第一届国际计量大会决定，1千克的实物基准是保存在巴黎计量局内的一个特制的铂铱合金圆柱体的质量，称为国际千克原器。各国都有它的复制品。

其实早在2013年，国际千克原器就已经被污染，质量上有了50微克增加，科学家尝试了多种方法，也无法通过技术手段进行还原，所以在2018年的国际计量大会上，科学家们投票决定了国际千克原器退役。

复现“千克”量子单位的“硅球方案”

新的“千克”定义基于普朗克常数。该定义使质量基本单位更加稳定，量值传递更加可靠，我们也不用再担心国际千克原器丢失、损坏给全球质量量值统一带来灾难。

自2019年5月20日起，千克新定义如下：

国际单位制中的质量单位，符号kg。当普朗克常数h以单位
即
表示时，取其固定数值为
来定义千克，其中米和秒用
和
定义。(蓝色文字资料来源于中国计量科学研究院)

除了千克（
）之外，克（
）和毫克（
）也是质量的常用单位。质量是个标量，只有大小没有方向。

看个例题，在如图所示的光滑平板小车上有两个小球，质量分别为
，
，随车一起匀速运动，如果假设小车无限长，当车停止后两个小球是否会碰上呢？

一开始两个小球跟着小车一起做匀速直线运动，车停止时由于惯性，两球会继续保持原来的运动状态不变，也就是说此后两球运动的速度大小和方向都是相同的，因此它们保持相对静止，永远不会相碰。

再来看一个例子。在水平放置的密封玻璃管内装着一大半水，在玻璃管的上方有一个小气泡，当然玻璃管向前加速的瞬间，玻璃管上方的气泡将相对于玻璃管如何运动呢？

玻璃管里的气泡和水都有惯性，同体积之下水的质量更大一些，所以惯性也更大一些，玻璃管向前突然加速时，由于的水的惯性大，运动状态改变得慢留在后面，气泡就被挤到前面去了。（这个题目的内容，有兴趣的同学可以找一个瓶子试一下。）

总结

牛顿第一定律指出，一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质，叫做惯性。质量是惯性大小的量度。质量越大的物体，惯性也就越大。