牛顿第一定律

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　　牛顿第一定律

　　牛顿第一定律的简介

　　1、牛顿第一定律介绍

　　英国物理学家艾萨克·牛顿于1687年，在巨著《自然哲学的数学原理》里，提出了牛顿运动定律，牛顿第一运动定律就是其中一条定律。牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。又称惯性定律、惰性定律。常见的完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

　　2、牛顿第一定律的定义

　　牛顿在《自然哲学的数学原理》中的原始表述是：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。该表述在人教版、粤教版高中物理教材中被引用。鲁教版高中物理教材中的表述是：牛顿第一定律表明，当合外力为零时，牛顿第一定律原来静止的物体将继续保持静止状态，原来运动的物体则将继续以原来的速度做匀速直线运动。合外力为零包括两种情况：一种是物体受到的所有外力相互抵消，合外力为零;另一种是物体不受外力的作用。有的专家学者认为这种表述方式并不严谨，所以通常采用原始表述。

　　3、牛顿第一定律的适用范围

　　牛顿第一定律只适用于惯性参考系。在质点不受外力作用时，能够判断出质点静止或作匀速直线运动的参考系一定是惯性参考系，因此只有在惯性参考系中牛顿第一运动定律才适用。

　　牛顿第一定律在非惯性参考系(即有加速度的系统)中不适用，因为不受外力的物体，在该参考系中也可能具有加速度，这与牛顿第一定律相悖。

　　4、牛顿力学体系介绍

　　牛顿第一定律与牛顿第二、第三定律构成了牛顿力学的完整体系。牛顿第一定律给出了惯性系的概念，第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系只对惯性系成立。因此，牛顿第一定律是不可缺少的，是完全独立的一条重要的力学定律。

　　牛顿第一定律的证明

　　伽利略研究运动学的方法是把实验和数学结合在一起，既注重逻辑推理，又依靠实验检验。他对光滑斜面的推论是通过实验观察，并推论得到的。但是这个完全光滑的斜面在现实中不存在，因为无法将摩擦力完全消除，因此理想斜面实验属于伽利略的逻辑推理部分。

　　1、伽利略的光滑斜面理论

　　现实中，当一个球沿斜面向下滚时，它的速度增大，而向上滚时，它的速度减小。

　　由此伽利略推论，当球沿水平面滚动时，它的速度应不增不减。实际上他发现，球愈来愈慢，最后停下来。伽利略认为，这并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的缘故，因为他同样还观察到，表面愈光滑，球便会滚得愈远。

　　于是他推论，若没有摩擦阻力，球将永远滚下去。

　　2、伽利略的理想斜面实验

　　伽利略的理想斜面实验实验过程：让小球沿一个光滑斜面从静止状态开始下滚，小球将滚上另一个斜面，达到与原来差不多的高度然后再下滚。他推论，只是因为摩擦力，球才没能达到原来的高度。然后，他减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度就会滚得更远。

　　于是他对斜面平放时的情况进行研究，结论显然是球将永远滚下去。这就是说，力不是维持物体的运动即维持物体的速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。因此，一旦物体具有某一速度，如果它不受力，就将以这一速度匀速直线地运动下去。

　　牛顿第一定律的影响

　　1、首次定义惯性系

　　牛顿第一定律给出了一个没有加速度的参考系——惯性系，使人们对物理问题的研究和物理量的测量有意义，从而使它成为整个力学甚至物理学的出发点。牛顿第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系，如动量定理、动量守恒定律、动能定理等，只对惯性系成立。

　　2、基础定律

　　牛顿第一定律是其他原理的前提和基础。第一定律中包含的基本概念，奠定了经典力学的概念基础，从而使它处于理论系统中第一个原理的前提地位，这表现在：

　　(1)首次批驳了延续两千多年的亚里士多德等人错误的力的概念，为确立正确的力的概念奠定了基础。

　　(2)第一次科学地给出了力的定性定义(含力的本质和力的效果)。

　　(3)第一次提出了经典力学的几个基本概念，为第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系原理奠定了概念基础。

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