牛頓三大定律排序之我見

黃新燕

摘 要：牛頓1866就創立了三大定律，而在20年后才發表，三大定律的排序一定是經過深思熟慮的。其理由應是：第一，牛頓第一定律定性地給出了力與物體運動及其變化之間的直接因果關系，而牛頓第二定律則在第一定律的基礎上定量地闡述力與運動的關系，更加完善。第一定律和第二定律中均提到“力”的概念，在此基礎上，順理成章，第三定律具體闡述兩個物體之間的力及其特點。第二，牛頓第一定律和第二定律分析的是一個物體力與運動的關系，而第三定律的是兩個物體之間作用力與反作用力的關系，由一個物體到兩個物體，由簡單到復雜，一步一步地深入。

關鍵詞：牛頓三大運動定律；內容；特點；排序理由

從事中學物理教學多年，每當講授牛頓三大定律時筆者總是在思索一個問題：牛頓當年為何按現有的這一順序去排序這三大定律呢？為何沒將第二定律或第三定律排在第一呢？仔細剖析牛頓三大定律的內容及創作特點，談談筆者的看法。

牛頓1666年初創立了三大運動定律，他自己謙虛地說是站在巨人的肩膀上成功的，但牛頓喜歡思考問題，他會長時間地專注地想問題，直到得到他需要的答案，所以他所做的工作不僅是總結，更是賦予了明確的內涵。是什么力量導致了運動的改變呢？伽利略的斜面實驗已研究這個問題，但牛頓又經過艱辛的思考和在大量實驗的基礎上將它進一步完善，得出了“一切物體在沒有受到任何外力作用時，總保持勻速直線運動或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止”。它定性地揭示了運動和力的關系，闡述力是改變物體運動狀態的原因，同時明確了力和物體運動及其變化之間的直接因果關系，進一步可理解為力是產生加速度的原因。這條定律同時又確立了慣性的概念以及慣性與質量有關，所以牛頓第一定律是物理學中一條基本規律，也是牛頓物理學的基石。但它僅僅是定性地給出了力與物體運動及其變化之間的直接因果關系，在此基礎上，順理成章的問題是：力與運動的定量關系是什么呢？

牛頓第一定律告訴我們：物體的運動狀態及其改變是由它所受的力決定的，而不是因為其他的因素；而運動狀態改變的難易程度又與其自身的質量有關。于是，探究加速度與力、質量的定量關系就是自然而又十分必要的。牛頓第二定律則定量地確立力和運動之間的直接關系，即因果關系，指出了物體加速度a與物體所受合外力F成正比，跟物體的質量m成反比，即F合=ma，很顯然，它準確地指出了F，m，a三者之間的定量關系，這是在牛頓第一定律的基礎上創立的，故理應排序第二。

牛頓第一、第二定律中的“力”，是一個很重要的物理量，它是使物體改變運動狀態的關鍵，那么它又因何而來？有什么特點呢？很顯然牛頓第三定律解決了這個問題。牛頓第三定律：物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。它準確地描述了什么是力、力的產生原因及特點，即力是物體與物體的相互作用，物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，且作用在一條直線上。進一步明確了要改變物體的運動狀態必須有其它物體與它相互作用，物體之間的相互作用是通過“力”來體現。可見，第三定律是在第一、第二定律的基礎上創立的，它解決了第一、第二定律中“力”的概念及特點，更加明晰了作用力和反作用力間的關系，使之成為牛頓運動定律整體的一個基本組成部分，故應排序第三。

再看這三大定律，第一定律定性揭示一個物體運動和力的關系，第二定律定量揭示一個物體運動和力的關系，而第三定律解決了兩個物體之間力的關系。這就是物理學研究問題的方法，遵從一定的邏輯關系，并由簡單到復雜，由個別到普遍，一步一步地深入。天體運動中開普勒三大定律的排序不也是遵守這樣的規律嗎？所以，作為中學物理教師，我們在給學生傳授物理知識的同時，不妨啟迪學生，讓他們高瞻遠矚，站在一定的高度去認識知識，給學生一種意識：人們對科學概念的認識是一步一步深入的。

牛頓在1666年就創立了牛頓三大運動定律，而在20后才發表《自然哲學的數學原理》公布了他的三大定律。牛頓是一位具有嚴謹科學思維能力的科學家，所以三大定律的排序顯然是經過深思熟慮的。