馮小秋

牛頓運動定律是經(jīng)典力學(xué)的基本定律，而牛頓第一定律是完全獨立的一條重要的力學(xué)定律，它和第二、第三定律構(gòu)成了一個完整的理論體系，它是第二、第三定律的基石，是第二、第三定律成立的保證.對牛頓第一定律理解和應(yīng)用要注意以下幾個方面的問題.

一、理想實驗是物理學(xué)發(fā)展過程中的一種重要的研究方法

伽利略的理想斜面實驗雖然是想象中的實驗，但這個實驗反映了一種物理思想，它是建立在可靠的事實基礎(chǔ)之上的，以事實為依據(jù)，以抽象為手段，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律.也給我們研究物理問題提供了一種重要方法.

1.觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題：讓小球從一個斜面（如圖1中OP）的高處滾下，它會滾上另一個對接的斜面（如圖中PQ），摩擦力越小，小球越能接近于達(dá)到滾下前的高度.

2.提出假設(shè)：如果沒有摩擦，讓小球從斜面OP上滾下，觀察它在對接的斜面PQ的運動情況.

3.運用邏輯推理：①小球?qū)_(dá)到滾下前的高度；②如果對接斜面的傾角越小，小球在斜面上保持運動的距離越大；③如果對接的斜面傾角為零，成了水平面，小球?qū)⒁院愣ㄋ俣扔肋h(yuǎn)運動下去.

4.通過實驗對推論進(jìn)行驗證，對結(jié)論進(jìn)行修正和推廣.伽利略理想實驗的結(jié)論為牛頓第一定律奠定了基礎(chǔ)，但不等同于后來的牛頓第一定律.伽利略那時還未出現(xiàn)重力概念.他預(yù)想到地球上的物體如果在沒有阻力的水平面上運動，將以恒定的速度持續(xù)運動下去.因為地球是球狀的，地球上的水平面不斷延伸，是個球面，所以他所設(shè)想的永恒的勻速運動是網(wǎng)周運動.

例1 伽利略對運動的研究創(chuàng)造了一套對近代科學(xué)發(fā)展極為有利的科學(xué)方法，給出了科學(xué)研究的基本要素.伽利略設(shè)想了另一個理想實驗，如圖2，其中有一個是經(jīng)驗事實，其余是推論.

①減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來的高度

②兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面

③如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度

④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它咸水平面，小球要沿水平面做持續(xù)的勻速運動

在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論.下列關(guān)于事實和推論的分類正確的是

（）

A.①是事實，②③④是推論

B.②是事實，①③④是推論

C.③是事實，①②④是推論

D.④是事實，①②③是推論

請將上述理想實驗的設(shè)想步驟按照正確的順序排列____（只要寫序號即可）

解析在正確理解伽利略理想實驗的基礎(chǔ)上可知答案為：B②、③、①、④

例2 有一位古代哲學(xué)家曾經(jīng)把自然界的運動分為兩種：一種是天然運動，輕的東西如氣、火向上走，重的東西如水、土向下跑，這是天然運動.它是由物體的本性決定的，一旦物體達(dá)到了自己天然的位置，就不再有運動的傾向了.另一種是受迫運動，如水平地面上的馬車，只有馬的拉力才能迫使馬車運動，這樣的運動是受迫運動.地面上物體的運動都是受迫運動.外力一旦消失，受迫運動也就停止了.請你說說這位哲學(xué)家的思想有哪些閃光點？

解析 （1）這位哲學(xué)家對錯綜復(fù)雜的自然現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)的觀察，并且對觀察的結(jié)果進(jìn)行分類的做法是可貴的.

（2）他在研究輕的東西時提出了物體的本性，這對后人認(rèn)識物體的慣性是一個可貴的提示.

二、正確理解牛頓第一定律

1.牛頓第一定律指出一切物體都有保持原有勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì).揭示了物質(zhì)的一種重要屬性——慣性.所以牛頓第一定律也叫慣性定律.

2.牛頓第一定律不是由實驗直接總結(jié)出來的，是建立在伽利略的理想斜面實驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過科學(xué)的推理而抽象出來的規(guī)律.

3.牛頓第一定律揭示了力的本質(zhì)：力是迫使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，是物體獲得加速度的原因，而不是維持物體運動的原因.

例3 關(guān)于物體的運動狀態(tài)與所受外力的關(guān)系，下面說法中正確的是 （）

A.物體受到恒定的力作用時，它的運動狀態(tài)不發(fā)生改變

B.物體受到不為零的合力作用時，它的運動狀態(tài)要發(fā)生改變

C.物體受到的合力為零時，它一定處于靜止?fàn)顟B(tài)

D.物體的運動方向與它所受的合力的方向可能相同

解析 力是改變物體運動狀態(tài)的原因，只要物體受力（合力不為零），它的運動狀態(tài)就一定會改變，A錯誤、B對；物體合力為零，其運動狀態(tài)一定不變，處于靜止也可以處于勻速直線運動狀態(tài)，C錯誤；物體的運動方向與它所受合力方向可能相同，也可能相反，還可能不在一條直線上，D正確.

4.牛頓第一定律揭示了物體在不受外力或受外力零時的運動狀態(tài)——靜止或勻速直線運動狀態(tài)，揭示了力和運動的關(guān)系.

5.牛頓第一定律具有獨立性，它不是第二定律的一個特例.牛頓第一定律確立了動力學(xué)定律生效的參考系——慣性系.

例4 如圖3所示，在向右高速行駛的列車車廂內(nèi)，有一人立在車廂中央，用兩支同樣的手槍在同一時刻分別向車廂的兩端A和B射出子彈.則（）

A.A端的子彈先到

B.B端的子彈先到

C.子彈同時射到A、B兩端

D.未知列車速度大小，無法確定

解析 看A、B是否同時到達(dá)，我們是以車廂為參考系的，這是一個慣性系.在車廂中的人看來，車廂是靜止的，則兩子彈相對于車廂速度等大反向，所以同時到達(dá).答案選C.

例5 如圖4所示，一個楔形物體M放在固定的粗糙斜面上，M上表面水平且光滑，下表面粗糙，在其上表面上放一光滑小球m，楔形物體由靜止釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是

（）

A.沿斜面方向的直線

B.豎直向下的直線

C.無規(guī)則的曲線

D.拋物線

解析 對小球進(jìn)行受力分析可知：小球所受的重力和支持力均沿豎直方向，小球在水平方向上不受力.根據(jù)牛頓第一定律可知，小球在水平方向上的運動狀態(tài)不變，又因楔形物體由靜止釋放，故小球在水平方向上無運動，只沿豎直方向向下做直線運動.故B正確.

三、正確理解慣性

1.一切物體包括固體、液體和氣體在任何時候都具有慣性.慣性是任何物體都具有的共同屬性.對慣性的理解應(yīng)掌握“一切”的含義：不論物體的種類、質(zhì)量大小、是否受力、是否運動、做何種運動都毫不例外地具有慣性.

例6 如圖5所示，車廂頂上A處有一小滴掉下并落在地板上偏前方的B點處，由此可以判斷，車廂可能做

（）

A.向前勻速運動 B.向后勻速運動

C.向前減速運動 D.向后減速運動

解析 水滴雖然是液體，但同樣存在慣性，它下落后在水平方向上不受力的作用，由于慣性還保持原來的運動狀態(tài)，而汽車相對水滴向后運動了，由此可見，汽車是在做減速運動的.所以本題正確的選項為C.

2.質(zhì)量是物體慣性大小的量度.質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小.

3.慣性的表現(xiàn)：當(dāng)物體處于靜止或勻速直線運動時，能表現(xiàn)出它的慣性——維持原來的靜止或勻速直線運動的狀態(tài)不變的性質(zhì)；當(dāng)物體受到外力的作用而處于變速運動的狀態(tài)時，它同樣表現(xiàn)出具有慣性.這種表現(xiàn)可以從兩方面說明：

一是物體表現(xiàn)出具有反抗外力的作用而維持其原有運動狀態(tài)不變的趨向.具體地說，外力要“打破物體原有的運動狀態(tài)”，而物體的慣性要反抗外力的作用而“維持它原有的運動狀態(tài)”，正是由于這一對矛盾的存在決定了物體運動狀態(tài)的變化是受一定規(guī)律制約.在同樣大小的力作用下，有的物體運動狀態(tài)的變化比較快，而有的物體運動狀態(tài)的變化比較慢.這就具體反映了前者的運動狀態(tài)容易被改變，而后者的運動狀態(tài)不易被改變，即前者的慣性小，后者的慣性大.

二是做變速運動的物體雖然每時每刻速度都在變化，可是在任何時刻物體都表現(xiàn)出要維持它這一時刻瞬時速度不變的性質(zhì)，只不過由于外力的存在不斷地打破它本身慣性的這種“企求”，以致速度繼續(xù)變化.如果某一時刻外力突然撤銷，物體立即就“維持住”該時刻的瞬時速度做勻速直線運動.這就充分反映了做變速運動的物體仍然具有要維持它每時每刻的運動速度保持不變的性質(zhì)，即慣性.

例7 將一玻璃瓶裝水后封閉，放在水平桌面上，在瓶的中部有一個氣泡處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖6所示.現(xiàn)突然用力將瓶子向前推動一下，則可看到氣泡相對于瓶子的運動情況是

（）

A.不動

B.向前

C.向后

D.無法確定

解析 假設(shè)氣泡用水替代，則會隨水一起向前運動，但實際上由于氣泡的質(zhì)量小，慣性小，在相同的力的作用下，運動狀態(tài)改變得快，所以氣泡相對于瓶子向前運動.