牛頓第一運動定律

牛頓第一運動定律物理定理01定律定義適用范圍發(fā)展簡史演繹過程獨立性定律影響目錄0305020406基本信息牛頓第一運動定律，簡稱牛頓第一定律。又稱慣性定律。常見的完整表述：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。英國物理學家艾薩克·牛頓于1687年，在巨著《自然哲學的數(shù)學原理》里，提出了牛頓運動定律，牛頓第一運動定律就是其中一條定律。牛頓第一定律與牛頓第二、第三定律構成了牛頓力學的完整體系。牛頓第一定律給出了慣性系的概念，第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質點力學體系只對慣性系成立。因此，牛頓第一定律是不可缺少的，是完全獨立的一條重要的力學定律。定律定義定律定義牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》中的原始表述是：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。

該表述在人教版、粵教版高中物理教材中被引用。用數(shù)學公式表示為：，其中為合力，v為速度，t為時間。魯教版高中物理教材中的表述是：牛頓第一定律表明，當合外力為零時，原來靜止的物體將繼續(xù)保持靜止狀態(tài)，原來運動的物體則將繼續(xù)以原來的速度做勻速直線運動。合外力為零包括兩種情況：一種是物體受到的所有外力相互抵消，合外力為零；另一種是物體不受外力的作用。

有的專家學者認為這種表述方式并不嚴謹，所以通常采用原始表述。

2019年初中物理（人教版）定義：一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。演繹過程演繹過程伽利略研究運動學的方法是把實驗和數(shù)學結合在一起，既注重邏輯推理，又依靠實驗檢驗。

他對光滑斜面的推論是通過實驗觀察，并推論得到的。但是這個完全光滑的斜面在現(xiàn)實中不存在，因為無法將摩擦力完全消除，因此理想斜面實驗屬于伽利略的邏輯推理部分。伽利略對光滑斜面的推論現(xiàn)實中，當一個球沿斜面向下滾時，它的速度增大，而向上滾時，它的速度減小。由此伽利略推論，當球沿水平面滾動時，它的速度應不增不減。實際上他發(fā)現(xiàn)，球愈來愈慢，最后停下來。伽利略認為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因為他同樣還觀察到，表面愈光滑，球便會滾得愈遠。伽利略的理想斜面實驗于是他推論，若沒有摩擦阻力，球將永遠滾下去。伽利略的理想斜面實驗伽利略的理想斜面實驗實驗如圖所示，讓小球沿一個光滑斜面從靜止狀態(tài)開始下滾，小球將滾上另一個斜面，達到與原來差不多的高度然后再下滾。他推論，只是因為摩擦力，球才沒能達到原來的高度。然后，他減小后一斜面的傾角，小球在這個斜面上仍達到同一高度，但這時它要滾得遠些。適用范圍適用范圍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作勻速直線運動的參考系一定是慣性參考系，因此只有在慣性參考系中牛頓第一運動定律才適用。牛頓第一定律在非慣性參考系（即有加速度的系統(tǒng)）中不適用，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。

當牛頓第一定律不成立時，即非慣性系中，要用非慣性系中的力學方程求解力學問題。式中為在慣性系中測得的物體受的合力，為在非慣性系中測得的慣性力,為非慣性系統(tǒng)的加速度。

獨立性獨立性牛頓第一定律是完全獨立的基本定律，它的獨立性表現(xiàn)在：發(fā)展簡史發(fā)展簡史公元前5世紀的德謨克利特、伊壁鳩魯認為：“當原子在虛空里被帶向前進而沒有東西與他們碰撞時，它們一定以相等的速度運動?！边@只是猜測或推想的結果。公元前4世紀，希臘的哲學家亞里士多德指出：力是維持物體運動的原因，有力就有運動，沒有力就沒有運動。雖然這是一個錯誤的觀點，但他第一次提出了力與運動間存在關系的論點，這就是他對動力學的貢獻。

6世紀希臘學者菲洛彭諾斯對亞里士多德的運動學說持批判態(tài)度。他認為拋體本身具有某種動力，推動物體前進，直到耗盡才趨于停止，這種看法后來發(fā)展為“沖力理論”。14世紀，以布里丹、阿爾伯特、奧里斯姆等人提出“沖力理論”，他們認為：“推動者在推動一物體運動時，便對它施加某種沖力或某種動力，速度越大，沖力越大，沖力耗盡時，物體停止下來?！边@為伽利略和牛頓開辟了道路。

17世紀，伽利略，在自己的著作中多次提出類似于慣性原理的說法。他分別于1632年和1638年，在《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》和《關于力學和運動兩種新科學的談話》（簡稱《兩門新科學》）中記錄了他的理想斜面實驗，并推想得到結論：“假設物體沿光滑斜面落下，并沿著另一斜面向上運動，則物體不受斜面傾角的影響仍將達到和原來同樣的高度，只是需要的時間不同而已?！?/p>

伽利略得到的結論，打破了自亞里士多德以來一千多年間關于受力運動的物體，當外力停止作用時便歸于靜止的陳舊觀念。定律影響定律影響1.牛頓第一定律給出了一個沒有加速度的參考系——慣性系，使人們對物理問題的研究和物理量的測量有意義，

從而使它成為整個力學甚至物理學的出發(fā)點。

牛頓第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質點力學體系，如動量定理、動量守恒定律、動能定理等，只對慣性系成立。2.牛頓第一定律是其他原理的前提和基礎。第一定律中包含的基本概念，奠定了經(jīng)典力學的概念基礎，從而使它處于理論系統(tǒng)中第一個原理的前提地位，這表現(xiàn)在：（1）首次批駁了延續(xù)兩千多年的亞里士多德等人錯誤的力的概念