牛顿第一定律

4.1牛顿第一定律

学习目标:

1.了解有关运动和力的关系的历史发展，知道理想实验是科学研究的重要方法。

2.理解并掌握牛顿第一定律的内容和意义。

3.知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象。知道质量是物体惯性大小的量度。

4.知道运动状态和运动状态改变的意义。

5.理解运动状态改变与物体受力的关系。理解力是使物体产生加速度的原因。

6.知道影响加速度大小的因素除了外力以外，还有质量。

学习重点:

1. 牛顿第一定律。

2. 力是物体运动状态改变的原因，是物体产生加速度的原因。

学习难点: 力是物体产生加速度的原因。

主要内容:

一、人类对运动和力的关系的探索历程

研究运动和力的关系，是动力学的基本问题。人类正确认识这个问题，经历了漫

长的过程。

1.十七世纪前对运动和力的关系的认识(亚里士多德的错误观点)：力是维持问题

运动的原因。

①时间：公元前。

②基本观点：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要

静止下来。

③根据：经验事实一用力推车，车子才前进；停止用力，车子就要停下来。

④所用方法：观察+直觉(由生活经验得出直觉印象)。

⑤错误原因剖析：没有对所观察的物理现象进行深入地分析。只看到对车子施加

的推力，而未考虑车子还受到摩擦阻力作用。停止用力(即去掉了车子前进的

动力)，车子并没有立即停下来，还要向前发生一段位移；只是由于摩擦阻力

的作用，才最后停了下来。路面越光滑，阻力就越小，车子向前发生的位移就

越大，假若没有摩擦阻力，车子将一直运动下去，这说明车子的运动并不需要

力来维持，而恰恰是(阻)力的作用，才使车子由运动到静止，运动状态发生了

改变。

⑥危害：在亚里士多德以后的两千年内，动力学一直没有多大进展，直到十七世

纪才受到伽利略的质疑。这是为什么?原来亚里士多德的观点与日常体验有相

同之处，易于被人们接受，直接的生活经验使人们总是把力和物体运动的速度

联系在一起，这种认识从孩提时代就开始了，如当拉着玩具小车前进的时候，

给人的直接体验是：只有用力拉小车，小车才会前进；停止用力了，小车就会

停下来；用力大的时候，小车就运动得快些；用力小的时候，小车就运动得慢

些；往哪个方向用力，玩具小车就向那个方向运动等等，好像没有力的作用，

物体运动不可能维持，力决定着物体运动的快慢，还决定物体运动的方向。人

们的直观感觉虽然是外界事物的真实反映，但它具有片面性和表面性，根据直

接观察所得出的直觉的结论不是常常可靠的，因为它们有时会引到错误的线索

上去，然而人们不能毁灭了直觉的观点还是凭直觉来看问题，错误直觉印象在

人脑中有很深的潜意识，形成思维定势．因此亚里士多德的观点统治了人们的

思维两千多年。

2.伽利略的理想实验及其推论（正确认识）：力是改变物体运动状态的原因，运动

并不需要力来维持。

①时间：十七世纪。

②基本观点：在水平面上运动的物体所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故。

设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去。

③根据：理想实验。

④方法：实验+科学推理(把可靠事实和理论思维结合起来)。

⑤理想斜面实验

将两个对称的斜面末端平滑地对接在一起，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面。伽利略认真观察注意到，球在第二个斜面上所达

到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等。他断定高度上的这

一微小差别是由于摩擦产生的，如能将摩擦完全消除的话，则高度将恰好相等。

于是他推论说在完全没有摩擦的情况下。若使第二个斜面的倾角越来越小，则

不管第二个斜面倾角多么小，球在第二个斜面上总要达到相同的高度，只是小

球要通过更长的路径。最后，如果第二个斜面的倾斜度完全消除了(成为水平

面)，那么球从第一个斜面上滚下来之后，为达到原有高度将以恒定的速度在

无限长的水平面上永远不停地运动下去。这就是有名的伽利略理想斜面实验。

这个实验是无法实现的，因为永远也无法将摩擦完全消除掉，所以叫理想实验。又叫假想实验，思想上的实验；是每抽象思维中设想出来而实际上无法做

到的实验。伽利略从可靠的实验出发，设想出这个实际上不可能进行的但又符

合严格科学推理的理想化的实验，论证了物体在不受外力(理想实验中小球水

平方向不受外力作用)作用时将永远运动下去的推测是正确的，说明维持物体

的运动不需要外力的作用。

伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维的一种科学推理，科学研究中的一种重要方法，在自然科学的研究中有着重要的作用，它可以深刻

揭示自然规律，被爱因斯坦誉为“是人类思想史上最伟大的成就之一”，伽利

略也之无愧地成为动力学的创始人，实验科学的奠基人。

3.笛卡尔对伽利略看法的补充和完善：

二、牛顿第一定律

1.内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种

状态为止。

2.理解：

①物体不受力时将处于______________状态或_________状态。即物体的运动状

态不改变。力不是维持物体速度的原因，物体的运动不需要力来维持。

②外力的作用是迫使物体改变运动状态，即外力是改变______________的原因，力还

是产生加速度的原因，而不是维持__________的原因。

③一切物体都有保持______________________的性质，这种性质叫___________。因

此，牛顿第一定律也叫惯性定律。这种性质是物体的固有属性。不论物体处于何种状态，即与物体运动情况和受力情况无关，任何物体在任何状态下均有惯性。质量是惯性大小的唯一量度。