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    牛頓第一定律

    王尚老師微信

    我們來研究牛頓的動力學,牛頓動力學其實就是把運動和力聯系起來。牛頓第一定律是動力學的第一個重要定律。我們首先來看王尚老師為牛頓第一定律錄制的視頻,在視頻的下方有該考點的詳細解析。

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    視頻1:牛頓第一定律典型題講解

    視頻2:牛頓第一定律典型題講解

    牛頓第一定律

    牛頓第一定律有兩種表達方式,分別如下:

    (1)一切物體在沒有受到力的作用時,總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態。

    (2)當一個質點距離其他質點足夠遠時,這個質點就作勻速直線運動或保持靜止。

    第一種表達方式較普遍,第二種表達方式在愛因斯坦和吳大猷的著作中曾經被提到,兩種表達方式等價。

    牛頓

    慣性定律

    由于物體保持運動狀態不變的特性叫做慣性,所以牛頓第一定律也叫慣性定律。

    慣性是一切物體固有的屬性,無論是固體、液體或氣體,無論物體是運動還是靜止,都具有慣性。

    注:牛頓第一定律不是對所有的參考系都適用。在高中物理研究范圍內,大部分情況下牛頓定律都使用。能使牛頓第一定律,這樣的參考系被稱為慣性參考系,簡稱慣性系。

    牛頓第一定律說明了兩個問題

    牛頓第一定律說明了兩個問題:

    (1)它明確了力和運動的關系。物體的運動并不是需要力來維持,只有當物體的運動狀態發生變化,即產生加速度時,才需要力的作用。

    在牛頓第一定律的基礎上得出力的定義:力是一個物體對另一個物體的作用,它使受力物體改變運動狀態。

    (2)它提出了慣性的概念。物體之所以保持靜止或勻速直線運動,是在不受力的條件下,由物體本身的特性來決定的。物體所固有的、保持原來運動狀態不變的特性叫慣性。

    wuli.in物體不受力時所作的勻速直線運動也叫慣性運動。

    牛頓在第一定律中沒有說明靜止或運動狀態是相對于什么參照系說的,然而,按牛頓的本意,這里所指的運動是在絕對時間過程中的相對于絕對空間的某一絕對運動。王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高。歡迎添加微信teacherws咨詢。牛頓第一定律成立于這樣的參照系。通常把牛頓第一定律成立的參照系成為慣性參照系,因此這一定律在實際上定義了慣性參照系這一重要概念。

    牛頓第一定律是作為牛頓力學體系一條規律,它具有特殊意義,是三大定律中不可缺少的獨立定律。從這一物理意義上開看,我們并不能將第一定律看作牛頓第二定律的特例。

    注意:力不是產生速度的原因,而是產生加速度的原因!

    牛頓第一定律的意義

    (一)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。

    (二)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,奠定了經典力學的概念基礎,從而使它處于理論系統中第一個原理的前提地位,這表現在:

    (1)首次批駁了延續兩千多年的亞里士多德等人錯誤的力的概念,為確立正確的力的概念奠定了基礎。

    (2)第一次科學地給出了力的定性定義(含力的本質和力的效果)。

    (3)第一次提出了經典力學的幾個基本概念,為第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質點力學體系原理奠定了概念基礎。

    牛頓運動定律根基:伽利略的斜面研究

    伽利略研究運動學的方法是把實驗和數學結合在一起,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。

    具體請參考文章:牛頓第一定律與理想斜面http://www.q6113.com/zt/niudun/470099.html

    如圖所示,如果曲面是絕對光滑的,那么從圖1中A處落下的物體,應該會“沖擊”到與A登高的B點。不管是當時人類的經驗、意識積累,還是后來的機械能守恒,都能解釋這一現象。

    牛頓第一定律

    如果我們將曲面拉長,上述運動的本質不會發生變化。如圖2所示,A處落下的物體,依然會“沖擊”到與A登高的B點;顯然,這種情況小球在水平面內的運動距離會變大。

    如果我們繼續把曲面拉長,當足夠遠時(接近無窮遠處),上述運動的本質不會發生變化。如圖3所示,A處落下的物體,依然會“沖擊”到與A登高的B點;只不過B點太遠了,小球就要運動很長、很長的一段時間。

    我們應該知道,在這段時間內,小球是不會受到水平方向上力的作用的。也就是說,在沒有水平外力(驅動力)的作用下,物體會運動,而且運動狀態不會改變。

    這與人類史上:馬必須拉車車才會運動的“默認定律”是矛盾的。便隨著牛頓第一定律的闡述,以力學為基礎的物理學開始快速發展起來。

    伽利略對斜面平放時的情況進行研究,結論顯然是球將永遠滾下去。這就是說,力不是維持物體的運動即維持物體的速度的原因,而恰恰是改變物體運動狀態即改變物體速度的原因。因此,一旦物體具有某一速度,如果它不受力,就將以這一速度勻速直線地運動下去。

    牛頓第一定律的其他表述

    當一個質點距離其他質點足夠遠時,這個質點就作勻速直線運動或保持靜止。(與外界沒有力的相互作用)

    由于物體保持運動狀態不變的特性叫做慣性,所以牛頓第一定律也叫慣性定律。慣性是一切物體固有的屬性,無論是固體、液體、氣體和等離子體,無論物體是運動還是靜止,都具有慣性。

    牛頓第一定律(慣性定律)科學地闡明了力和慣性這兩個物理概念,正確地解釋了力和運動狀態的關系,并提出了一切物體都具有保持其運動狀態不變的屬性——慣性,它是物理學中一條基本定律。

    由牛頓第一定律繼續探究力的作用效果

    牛頓第一運動定律告訴我們,力F并不是維持物體運動的條件,那么力有什么用,有什么效果呢?

    牛頓在此基礎上進一步對力進行分析,發現力是使物體加速或減速的原因,也就是改變物體運動狀態的原因。

    牛頓第一定律是牛頓第二定律的特殊狀態

    以把牛頓第一定律理解為牛頓第二定律的特殊情況,即加速度為零的特殊情況。這時候,根據牛頓第二定律F=ma可知,物體所受到的合外力為零,這與牛頓第一定律的描述是完全一致的。

    牛頓第一定律描述為:一切物體在沒有受到力的作用時,總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態。

    牛頓第一定律學習問題與王 尚老師答疑

    王尚老師物理答疑

    學生問題:王老師,我能把牛頓第一定律看做第二定律的一種特殊情況嗎?加速度為零的特殊案例。

    王尚老師:是的。你可以把牛頓第一定律理解為牛頓第二定律的特殊情況,即加速度為零的特殊情況。這時候,根據牛頓第二定律F=ma可知,物體所受到的合外力為零,這與牛頓第一定律的描述是完全一致的。牛頓第一定律描述為:一切物體在沒有受到力的作用時,總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態。我建議你把《物理自診斷》專題10的例1,例4,例5做一遍,把視頻都看一遍。

    學生問題:王尚老師,伽利略對自由落體運動的研究和對光滑斜面的研究是不是共性呢?

    王尚老師:是的。你是一個很認真的學生,確實如此。其實伽利略的演技思路,都是一種遞進,逐漸接近極限的思想。伽利略的哪個時代,設備簡陋,實驗條件很粗糙,這些都是不和忽視的客觀因素。遞進的邏輯推導思想,是物理學區別于其他學科最重要的分析思想。我建議你把《物理自診斷》專題10的例1,例4,例5做一遍,把視頻都看一遍。

    參考文獻

    牛頓第二定律http://www.q6113.com/zongjie/b1/64.html

    牛頓三大定律http://www.q6113.com/zongjie/b1/33.html

    牛頓的勵志名言http://www.q6113.com/zt/niudun/470103.html

    物理學家牛頓介紹http://www.q6113.com/baike/001/19.html

    牛頓的陰暗面-與萊布尼茲爭奪微積分http://www.q6113.com/zt/niudun/480419.html

    伽利略對自由落體運動的研究http://www.q6113.com/zongjie/b1/57.html

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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