牛頓第一定律改寫給學生帶來的理解方便

冉賢智

高中物理的很多概念較抽象，給學生的學習造成困難.如何用通俗易懂的語言描述抽象的概念是高中物理教師在課堂教學過程中的一大難題.牛頓第一定律是牛頓定律的基礎，高中學生首次接觸牛頓定律，對于牛頓第一定律的本質和意義理解不夠深入，無法在做題過程中熟練運用.對此，對牛頓第一定律進行簡化和改寫，方便學生的理解和掌握，對學生高效率地學習具有重要幫助.

1 牛頓第一定律的改寫

牛頓第一定律是由英國科學家牛頓總結概括出來的，又稱為慣性定律.該定律對力和運動狀態這兩者之間的關系進行了闡述，并提出慣性的概念，是物理學中的一條基本定律.其內容為：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止.高中生初次接觸牛頓定律，對于定律中涉及到的“勻速直線運動或靜止狀態”和所反映的“慣性”概念的理解較為模糊.為了使得定律更容易理解，我們在保持定律原意的基礎上，將定律改寫.

改寫牛頓第一定律，實際上是為了加強學生的理解，使用通俗易懂的語言描述該定律，根據牛頓第一定律的實質，我們可以將其改寫為： 一切物體總有保持當下時刻運動速度的特性，直到有外力迫使它改變該速度為止.其中“運動速度”是學生在小學就有所了解的名詞，在初中又進一步學習與速度有關的知識，因此，學生對改寫后的牛頓第一定律抵觸性較低，積極性較高.

2 改寫牛頓第一定律的實際意義

改寫后的牛頓第一定律詞義表達比較淺顯，教師可以帶領學生從發現過程、定律的內容、定律的實質、定律和慣性的關系以及定律的應用這五個方面理解改寫后的牛頓第一定律.

2.1 了解定律的發現過程

亞里士多德提出“力是維持物體運動的原因”，而伽利略在17世紀推翻了這一理論，提出“物體在運動中不受外力作用，它的速度將保持大小不變.”這一理論是牛頓第一定律的前身，它正確地闡述了牛頓第一定律的內容，改寫后的定律與伽利略提出的正確理論中都涉及到“速度”一詞，兩個理論意思相近，都通俗易懂，能夠為學生深入理解牛頓第一定律提供幫助.

2.2 加深對定律內容的理解

要想深入了解牛頓第一定律的內容，要從以下三方面入手：

（1）牛頓第一定律中的“任何物體”說明牛頓第一定律的適用范圍是所有物體.

（2）“直到外力迫使它改變……”說明了“力”是改變物體運動狀態的條件.

（3）“保持勻速直線運動或靜止狀態”是此內容的結論.

以上是對牛頓第一定律內容的分析，將定律改寫之后，原定律中的“保持勻速直線運動或靜止狀態”被轉換成了“保持當下時刻運動速度”；“改變運動狀態”變成了“改變運動速度”，清晰地說明了該定律的條件、范圍和結論，且強調了“當下時刻”的重要性，幫助學生輕松掌握定律內容.

2.3 加深對定律實質的理解

牛頓第一定律的實質也有三個方面：

（1）一切物體都有慣性.利用改寫之后的定律解釋這一實質，“一切物體總有保持當下運動速度的性質”中“保持當下時刻的運動速度”說明物體的速度沒有發生改變，教師可以以此為切入點，提出速度有快有慢，如果速度為零時，物體是什么狀態，學生很容易理解，并回答是“靜止狀態”；如果物體的直線運動速度一直為5 m/s或者是1 km/h，那么物體保持什么運動，學生也能很容易理解為勻速運動.總結速度為零以及速度不變這兩種現象，物體的狀態為靜止或者是勻速直線運動，那么學生對于牛頓第一定律中“任何物體都要保持勻速直線運動或是靜止狀態”的理解就會簡單很多.

（2）外力是迫使物體改變運動狀態的原因.利用改寫后的牛頓第一定律來理解這一實質，“直到外力迫使它改變該速度”中“該速度”指的是物體原有的速度，即速度為零或者速度不變的情況，也就是“靜止狀態或者勻速直線運動狀態”，那么“改變該速度”就很好理解了，在某一特定的時刻，物體的速度被相應時刻的力所改變，學生自然而然地想到某一時刻的狀態被當時的力改變，了解了外力是迫使物體改變運動狀態的原因這一實質.

（3）力不是維持物體運動的原因.利用改寫后的牛頓第一定律來解釋，在不受外力的作用下，物體會“保持當下時刻的運動速度”，每一個特定時刻，物體都沒有受到力而改變速度，即當下時刻的運動狀態沒有改變，也就是說物體的運動過程不需要力，進而得出力不是維持物體運動狀態的原因這一實質.

為了更加形象地解釋定律的實質，教師可以組織學生現場進行“推課本”的實驗，拿起物理課本，放在桌面上輕輕推動，當手對課本有了一定的推力時，課本開始運動，且每一個時刻都對應著特定時刻的力，即當下的力對應著當下速度的改變.松開手，課本就恢復到之前的狀態，運動速度為零，也就即恢復到改寫的定律中“保持當下時刻的速度”，進行多次實驗，學生能夠發現，力改變了物體的運動狀態，但不是物體維持運動狀態的原因.

2.4 了解定律與慣性的關系

牛頓第一定律說明了兩個問題：說明了力與運動的關系；提出了慣性的概念.通過“一切物體總有保持當下時刻運動速度的特性”來說明這一特性即慣性是所有物體固有的屬性，包括固體、液體、氣體；因為在不受外力作用的某一時刻，物體的速度沒有發生改變，能夠說明物體的慣性與力無關.由于高中學生首次接觸到“慣性”這一名詞，需要通過牛頓第一定律中的運動狀態來理解，若學生對于運動狀態的意義理解不夠充分，那么容易出現思路混亂，知識結構不清的現象.而改寫之后的定律能夠引導學生通過“速度”來了解慣性，通俗易懂，學生很容易掌握慣性的概念.

例如，舉出例子來形象地解釋慣性的定義，組織學生觀察橡皮和書本，當沒有外力作用的每一個特定時刻，二者都保持靜止狀態，提出生活中的所有物品同樣具有這一性質，來幫助學生理解慣性.為了探究慣性的影響因素，教師可以組織學生輕拋橡皮和書本，學生會發現用同樣的力度，質量較輕的橡皮飛出的速度快，進而得出慣性和質量有關.

2.5 學會在實踐中應用

學習理論知識的目的在于增強學生的實踐能力.因此，通過具體的例題來講解定律并組織學生進行測試，能夠有效提高學生的應用能力.例如，將以下題目來作為例題，教師引導學生在實踐中理解牛頓第一定律.

例題 對牛頓第一定律的理解，不正確的是

A.一切物體都具有慣性

B.物體不受力的作用也能運動

C.物體受到力，運動狀態一定改變

D.物體的運動狀態改變，一定受到力

在實踐中應用牛頓定律的思路為：（1）確定研究對象；（2）確定研究過程；（3）進行受力分析；（4）根據力的改變推斷出狀態的改變；（5）具體問題具體分析.

3 需要注意的問題

第一，是牛頓在第一定律中沒有說明靜止狀態或者勻速直線運動狀態的參考系是什么，我們一般將物體運動理解為在絕對空間內的相對運動，即以空間內的“土地”或者是其他物體為參考系.

第二，雖然力是改變物體運動狀態的原因，但是，不是所有的力都可以改變物體的運動狀態，例如，物體在受到多個外力作用時，運動速度沒有改變，這時物體受到的合力為零.

第三，當下的力只能夠改變當下時刻的速度.在“推課本”的實驗中，當手開始給書本施加推力，書本的速度馬上發生變化，因此，我們可以得出，不受力的情況下，物體保持的是某一時刻的速度.當推書的手松開，書本又回到了速度為零的狀態，因此，力是存在于當下時刻的一瞬間，只有當受力的特定時刻，物體才會改變相應時刻的運動速度，當力消失，當下物體的運動速度就會保持不變，直到有新的力來迫使它改為止，為后面講牛頓第二定律對應時刻的力對物體產生對應時刻的加速度這一內容要點.能更好加深學生對物體所受合外力與物體加速度瞬間對應的理解.