關于“牛頓第一定律”的幾點認識

摘要：對于我們高中生而言，“牛頓第一定律”并不陌生，在初中階段，甚至在小學階段就已經有所接觸。針對“牛頓第一定律”，我們要對其形成正確的認識，它是學習“牛頓第二定律”、“牛頓第三定律”的基礎，也是物理相關知識點學習的前提。文章針對“牛頓第一定律”進行了簡要分析，同時也分析了高中生容易產生的幾點認識偏差，希望能夠為今后相關內容的研究提供一定的參考。

關鍵詞：高中 物理 牛頓第一定律 認識 探索

在高中物理的學習中，牛頓力學是不可缺少的內容之一。牛頓力學的內容主要由三大定律，即“牛頓第一定律”、“牛頓第二定律”和“牛頓第三定律”構成的。在牛頓力學的三大定律中，無論是哪一定律的學習，其都會對后續的學習產生十分重要的影響。其中，“牛頓第一定律”是牛頓力學的基礎性定律，要想學好牛頓力學，“牛頓第一定律”是關鍵。因此，作為一名高中生，在學習“牛頓第一定律”的過程中，要積極對其進行分析，深層次地挖掘其中的內涵并進一步了解，從而不斷鞏固自身的學習。

一、“牛頓第一定律”的相關內容闡述

（一）基本內涵

何謂“牛頓第一定律”？它指的是任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止，這是牛頓在《自然哲學的數學原理》中對“牛頓第一定律”的原始表述[1]。

（二）適用范圍

“牛頓第一定律”也有其適用范圍。從現階段教育界對“牛頓第一定律”的研究來看，“牛頓第一定律”只適用于慣性參考系。在質點不受外力作用時，能夠判斷出質點靜止或做勻速直線運動的參考系一定是慣性參考系，因為只有在慣性參考系中“牛頓第一定律”才適用[2]。在非慣性參考系中，即在有加速度的系統中，“牛頓第一定律”并不適用，因為不受外力的物體，在該參考系中也可能具有加速度，這與“牛頓第一定律”相悖[3]。

（三）主要特征

“牛頓第一定律”的主要特征在于其獨立性，集中表現為以下幾個方面：（1）確定了慣性參考系并引出了邏輯循環論證，這是公理體系的表現，任何學科的第一命題都要具有此特性[4]。（2）指出了任何物體都具有慣性，建立慣性概念。（3）它的否命題揭示出力的概念，力是物體對物體的作用，力使物體的運動狀態發生變化。

二、關于“牛頓第一定律”的認識

（一）對亞里士多德的觀點貶低欠妥

眾所周知，亞里士多德是歷史上最為偉大的人物之一，他不僅是偉大的哲學家，還是偉大的科學家、教育家，為人類文明的進步貢獻了自己的力量。在物理學層面，亞里士多德的貢獻比較突出，他提出了諸多經典的理論學說。比如，亞里士多德認為運動分為兩種狀態，一種是自然運動，另一種是強迫運動，自然界除了自然運動（重物豎直下落和輕物豎直上升）便是強迫運動。在當時那種時代背景下，亞里士多德的研究已經走在時代的前列，但是從現代科學的發展來看，這一觀點顯然是不夠合理的。因為亞里士多德在對運動的界定中，靜止慣性的思想非常明顯，牛頓在第一定律的提出過程中，在很大程度上批判了亞里士多德對物理學領域的貢獻，認為其阻礙了科學的進步。

（二）正確理解伽利略理想實驗推論

針對“牛頓第一定律”，對于其中提及到的伽利略根據理想實驗得出結論的事實，要用辨證的思想看待。縱觀伽利略理想實驗推論可知，伽利略認為運動的不變只有在水平面才能夠實現[5]。需要注意的是，其中所提出到的水平面，并不是日常生活中所說的水平面，而多數高中生在理解這一概念時，往往會產生錯誤的理解，導致學習出現困難。其實，提到的水平面是和地球同心的球面。此外，在伽利略理想實驗推論中，伽利略對產生加速或者減速的原因歸結于靠近或者離開地球中心的傾向，對于物體間相互作用的概念并未真正提出。也就是說，相比于牛頓正式提出第一定律，伽利略只是先發現了慣性運動，并沒有確切地提出這一概念。

（三）準確理解“牛頓第一定律”的含義

首先，“牛頓第一定律”涉及到三個層面的內容和意思：（1）物體沒有受到外力的影響，始終保持勻速直線運動或者靜止狀態；（2）無論是何種物體，保持勻速直線運動或者靜止是其根本特性；（3）物體在運動的過程中，只有受到外力的作用，原來的運動狀態才會發生改變。其次，“牛頓第一定律”的成立是有條件的，并不是在任何情況下都適用的。具體來來看，“牛頓第一定律”適用于慣性參考系，不適用非慣性參考系。因此，那些將“牛頓第一定律”應用在非慣性參考系中的研究，并不具備較強的科學性。

（四）“牛頓第一定律”并不是想當然

由“牛頓第一定律”的含義可知，該定律成立的條件是在物體不受外力的作用下，但是不受外力作用的物理現象在自然界中幾乎不存在，因此有人認為“牛頓第一定律”是一種想當然的情況，并不具有可行性和科學性。其實不然，“牛頓第一定律”可以通過諸多簡單的事實幫助理解其含義，因為在假想狀態下，“牛頓第一定律”始終成立。

（五）“牛頓第一定律”不是“牛頓第二定律”的特例

無論是“牛頓第一定律”，還是“牛頓第二定律”，這些都是牛頓研究的成果。從時間上來看，“牛頓第一定律”先出現，“牛頓第二定律”后出現；從研究的內容上來看，“牛頓第一定律”和“牛頓第二定律”之間存在一定的關系，第一定律是第二定律的前提和基礎。但是，因為在“牛頓第一定律”中，物體不受外力并不包含所受合力為零的情況，所以認為“牛頓第一定律”是“牛頓第二定律”的特例的說法是不準確的，也是不科學的。

（六）不是運動狀態發生變化才有慣性

“只有運動狀態發生了變化，慣性才存在”。嚴格意義上來說，此種說法是錯誤的，因為慣性是物體的根本屬性，不受客觀環境的影響。因此，對于一個物體而言，慣性的存在與否，并不與其運動直接相關，不能認為只有運動的物體在發生運動變化之后才會有慣性。物體的慣性在任何時間、任何地點、任何狀態下都會存在，只是表現出來的狀態不同，有的慣性較大，有的慣性較小，它只與物體的質量有關[6]。

三、結語

總而言之，“牛頓第一定律”是高中物理教材中的重要內容之一，是高中生學好物理力學知識必不可少的一項內容。在對“牛頓第一定律”進行學習時，我們一定要對其保持高度的重視，花費一定的時間和精力對其進行分析和理解，掌握“牛頓第一定律”的真正內涵，從而可以更好地學習物理力學知識，提升自身的物理學科綜合素養。

參考文獻：

[1]牛頓.自然哲學的數學原理[M].鳳凰出版傳媒集團.江蘇人民出版社，2014.

[2]孟澳.對于非慣性系的介紹以及其在高中解題的應用[J].祖國，2018，（02）.

[3]常娟.“牛頓第一定律”中有關實驗的幾點教學設計[J].數理化學習（教研版）， 2015，（04）：203-204.

[4]李沅叡.對牛頓第一定律的認識與探索[J].高考，2018，（03）：461-462.

[5]李盤根.牛頓第一定律認識上的一些誤區[J].青年與社會：中外教育研究，2014，（02）：157-157.

[6]楊光海.關于“牛頓第一定律”課堂教學的幾點思考和建議[J].教育：文摘版，2017，（12）：00048-00048.

（作者簡介：張靖，沈陽市第五中學，高中學歷，研究方向：物理學。）