學(xué)習(xí)牛頓第一運動定律應(yīng)明確的幾個問題

[摘要]闡述牛頓第一定律的內(nèi)容與物體慣性之間的關(guān)系。客觀現(xiàn)象與主觀經(jīng)驗對牛頓第一定律產(chǎn)生的誤解。

[關(guān)鍵詞]牛頓第一定律 慣性 力 主觀經(jīng)驗

牛頓第一運動定律的內(nèi)容可表述如下：任何物體都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到受到其它物體所作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。

關(guān)于“牛頓第一運動定律”應(yīng)明確：物體都有維持靜止和做勻速直線運動的趨勢，因此物體的運動狀態(tài)是由它的運動速度決定的，沒有外力，它的運動狀態(tài)是不會改變的。物體的保持原有運動狀態(tài)不變的性質(zhì)稱為慣性。慣性的大小由物體的質(zhì)量量度，所以牛頓第一定律也稱為慣性定律。牛頓第一定律也闡明了力的概念。明確了力是物體間的相互作用，指出了是力改變了物體的運動狀態(tài)，因為加速度是描寫物體運動狀態(tài)的變化，所以力是和加速度相聯(lián)系的，而不是和速度相聯(lián)系的。在日常生活中不注意這點，往往容易產(chǎn)生錯覺。

學(xué)習(xí)牛頓第一定律應(yīng)注意的問題

1.牛頓第一定律并不是在所有的參照系里都成立，實際上它只在慣性參照系里才成立。因此常常把牛頓第一定律是否成立，作為一個參照系是否慣性參照系的判據(jù)。

2.牛頓第一定律是通過分析事實，再進一步概括、推理得出的。我們周圍的物體，都要受到這個力或那個力的作用，因此不可能用實驗來直接驗證這一定律。但是，從定律得出的一切推論，都經(jīng)受住了實踐的檢驗，因此，牛頓第一定律已成為大家公認的力學(xué)基本定律之一。

對牛頓第一定律理解與總結(jié)

1.牛頓第一運動定律肯定了力的概念，并說明了一切物體都具有慣性。

(1)肯定了力的概念

由牛頓第一運動定律的表述中可以看到，從起源上看，力是物體間的相互作用；從效果上看，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。故牛頓第一運動定律從力的起源和力的效果上肯定了力的概念。有人認為力是產(chǎn)生速度和維持速度的原因，這種看法是錯誤的。造成這種錯誤的原因是多方面的，有客觀因素也有主觀因素。下面我們來分析這個問題。

①客觀因素

譬如一輛車，你不推它，它就不動。原來靜止的車，要想使它動起來，必須給它一個力，好象力是用來產(chǎn)生速度的。又如一輛汽車，關(guān)掉油門后，它便慢慢地停下來。如果要使它保持原有的速度運動，便必須把發(fā)動機開動起來。因此容易使人產(chǎn)生一個錯覺，好象力是用來產(chǎn)生速度或維持速度的，而實際上并非如此。我們知道，要想使一輛原來靜止的車動起來確實需要力。而從靜止到有速度，速度是改變了，也就是說產(chǎn)生了加速度，所以力是產(chǎn)生加速度的原因。汽車關(guān)掉油門后會逐漸停下來，是因為受到地面對它的摩擦阻力作用，這個摩擦阻力與它的運動方向相反，產(chǎn)生了一個與汽車運動方向相反的加速度，于是它就越來越慢。要想使它仍保持原來的速度運動，則要將發(fā)動機開動起來，使地面再對它產(chǎn)生一個向前的力，從而使它產(chǎn)生一個向前的加速度，這個力的作用與摩擦力的作用相互抵消，也就是合力等于零的情況。所以，如果我們對有些現(xiàn)象不加分析，就會誤認為力是產(chǎn)生或維持速度的原因。這一點必須注意。

②主觀因素

在頭腦中沒有分清速度和加速度這兩個概念。速度是描寫運動狀態(tài)的，而加速度是描寫速度的變化率的。速度要改變（或大小改變，或方向改變，或大小和方向皆改變）才會有加速度，因此加速度的概念是描寫運動狀態(tài)改變的。而牛頓第一定律說明力是改變運動狀態(tài)的原因，顯然力一定是跟加速度相聯(lián)系，而不是跟速度相聯(lián)系。

(2)說明了物體具有保持原有運動狀態(tài)的特性——慣性

物體在不受其他物體對它的作用時，它便保持原有的靜止或勻速直線運動的狀態(tài)，物體的這種本領(lǐng)叫作慣性（以前叫惰性。顧名思義，惰性就是懶惰的性質(zhì)，好象物體因懶惰而不愿改變其原有的運動狀態(tài)），因而牛頓第一定律又叫做慣性定律。

物體的慣性不僅表現(xiàn)在物體不受外力時，將保持其原有運動狀態(tài)，原來靜止的繼續(xù)靜止，原有運動的則作勻速直線運動，其速度的大小和方向都不改變；而且物體的慣性還表現(xiàn)在使其運動狀態(tài)改變時的難易程度上。在一定外力作用下，物體的慣性愈大，要使它改變運動狀態(tài)就愈難，它所獲得的加速度也愈小；物體的慣性愈小，要使它改變運動狀態(tài)就愈容易，它所獲得的加速度也愈大。

慣性無論是在日常生活中，或是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用都是非常廣泛的。譬如，一個錘頭松了以后，我們把錘拿到石頭上礅幾下，錘頭就壓緊了，這實際上是利用了慣性。因為錘頭和錘把向下運動時，都有向下運動的慣性，礅到石頭上后，錘把停止運動，錘頭仍有向下運動的慣性，直到錘把對錘頭的摩擦力阻止它繼續(xù)向下運動為止，因而錘頭被壓緊。又如，用抖衣的辦法，抖去身上的塵土，也是利用了物體的慣性。因抖動前，衣服和塵土顆粒都是靜止的，抖動衣服，衣服運動起來了，而塵土還保持原有的靜止狀態(tài)，就跟衣服分離開來，并在重力的作用下?lián)勐湎氯ァ．斎唬瑧T性也給人類帶來些不方便。坐車時，如車突然剎住我們就會因慣性而向前傾倒。跑步時，如腳下絆著磚頭，我們也會因慣性而摔倒。另外，車輛慣性大，剎車就困難。例如火車就比汽車剎車困難。因此，慣性有其有利的一面，也有其不利的一面。

2.牛頓第一定律中，所談到的物體，實際上指的是質(zhì)點。也就是說，我們這里只涉及平動而不涉及轉(zhuǎn)動。因為質(zhì)點無大小，它只能平動而不能轉(zhuǎn)動。如談的是具有一定大小的物體，也是只涉及平動而不涉及轉(zhuǎn)動，因為做平動的物體上，各點運動規(guī)律是相同的。上面所說的慣性也指的是平動的慣性。

3.牛頓第一定律是大量直觀經(jīng)驗和實驗事實的抽象概括，不能用實驗直接證明。

從牛頓第一定律的表述中可以看到，物體是在不受其他物體作用時，才保持原有的運動狀態(tài)的，而不受其他物體作用的孤立物體實際上是不存在的，一個物體總要受到其他物體對它的作用，找不到不受任何物體作用的物體，所以牛頓第一定律是不能用實驗直接證明的，而是大量實驗事實的抽象概括。

作者單位：陜西建設(shè)技術(shù)學(xué)院