牛顿第一定律

牛顿第一定律

牛顿第一定律是经典力学的基础之一，它揭示了物体运动状态与外力之间的关系。本文将详细介绍牛顿第一定律的定义、物理意义以及惯性的概念，并通过实例和习题帮助读者深入理解这一重要定律。

牛顿第一定律

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态, 除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这就是牛顿第一定律 (Newton's first law)。物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性 (inertia)。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

任何物体都和周围的物体有相互作用, 不受力作用的物体是不存在的。所以, 牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态。它是利用逻辑思维进行分析的产物, 不可能用实验直接验证。

牛顿第一定律揭示了运动和力的关系: 力不是维持物体运动状态的原因, 而是改变物体运动状态的原因。保持静止或匀速直线运动状态是物体的固有属性, 这一属性称为惯性。惯性不是外界强加给它的, 是物体固有的, 一切物体都具有惯性。牛顿第一定律为力学的发展奠定了坚实的基础。

我们在改变物体运动状态时, 会体验到物体惯性大小的不同。例如, 以相同的方式抛郑质量不同的两个石块,让它们获得同样的速度, 需要的力就不同。质量大的石块需要的力大。再比如, 让摆动的大沙袋停下来就比让摆动的小球停下来费力得多。

大量事例说明，不同质量的物体，惯性的大小是不一样的。也就是说, 不同物体维持其原有运动状态的 “能力”不同, 质量大的物体惯性大。描述物体惯性的物理量是它的质量 (mass)。

质量只有大小, 没有方向, 是标量。在国际单位制中,质量的单位是千克, 符号为 $\mathrm{kg}$ 。

一、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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.

2.理想实验：它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程.牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能由实际的实验来验证.

3.物理意义

(1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律.

(2)提出了一切物体都具有惯性，即物体维持其原有运动状态的特性.

(3)揭示了力与运动的关系，说明力不是为此物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因.

强调：运动状态的改变指速度的改变，速度改变则必有加速度，故力是物体产生加速度的原因.

惯性

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1.定义：物体保持原来匀速直线运动状态 或 静止状态 的性质叫作惯性. 2. 惯性大小的量度

质量 是物体惯性大小的唯一量度.物体的质量越大，惯性 越大；物体的质量越小，惯性越小。

判断

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1.牛顿第一定律是实验定律.（×）

2.运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。（×）

3.物体不受力时，将处于静止状态或匀速直线运动状态.（ $\sqrt{}$ ）

1.对惯性的理解

(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性.

(2)物体的惯性总是以“保持原状”“反抗改变”两种形式表现出来.

(3)物体惯性的大小取决于质量，质量越大，惯性越大.

(4)惯性与物体的受力情况、运动状态及所处的位置无关.

2.惯性的表现形式

(1)物体不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态.

(2)物体受到外力且合外力不为零时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度.惯性越大，物体的运动状态越难改变.

例1 (多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法中符合历史事实的是

A.亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变

B.伽利略通过“理想实验”得出结论：如果物体不受力，它将以这一速　度永远运动下去

C.笛卡儿指出，如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一　速度沿同一直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向

D.牛顿认为，物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质

解：亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动，故A错误；

伽利略通过“理想实验”得出结论：力不是维持运动的原因，如果物体不受力，它将以这一速度永远运动下去，故B正确；

笛卡儿指出，如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向，故C正确；

牛顿认为物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，故D正确.

例2 如图所示，一只盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别用细绳悬挂和拴住一个铁球和一个乒乓球，容器中水和铁球、乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)

A.铁球向左，乒乓球向右

B.铁球向右，乒乓球向左

C.铁球和乒乓球都向左

D.铁球和乒乓球都向右

解：当容器突然向右运动时，同等体积的铁球和水比较，铁球的质量大，铁球保持原来的运动状态，相对于水向左偏移，相对于小车向左运动，同等体积的乒乓球和水比较，水的质量大，水相对于乒乓球向左偏移，因此乒乓球相对于水向右偏移，相对于小车向右运动，故选A.

例3 伽利略曾用如图所示的“理想实验”来研究力与运动的关系，则下列选项符合实验事实的是

A.小球由静止开始释放，“冲”上对接的斜面

B.没有摩擦，小球上升到原来释放时的高度

C.减小斜面的倾角θ，小球仍然到达原来的高度

D.继续减小斜面的倾角θ，最后使它成水平面，小球沿水平面永远运动下去

解： 小球由静止开始释放，“冲”上对接的斜面，这是事实，故A正确；

因为生活中没有无摩擦的轨道，所以小球上升到原来释放时的高度为推理，故B错误；

减小斜面的倾角θ，小球仍然到达原来的高

度是在B项的基础上进一步推理，故C错误；

继续减小斜面的倾角θ，最后使它成水平面，小球沿水平面永远运动下去，这是在C项的基础上继续推理得出的结论，故D错误.