淺析對牛頓第一定律的理解與解題技巧

張晨蓓

(陜西省西咸新區秦漢中學 陜西 咸陽 712000)

引言

牛頓第一運動定律，簡稱牛頓第一定律。又稱慣性定律、惰性定律。常見的完整表述：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。牛頓第一定律與牛頓第二、第三定律構成了牛頓力學的完整體系。牛頓第一定律給出了慣性系的概念，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只對慣性系成立。因此，牛頓第一定律是不可缺少的，是完全獨立的一條重要的力學定律。

1.牛頓第一定律適用范圍

牛頓第一定律的適用范圍具體來說有三個要求,第一是研究的對象的速度遠遠小于光速,光速是30萬千米每秒,而發射火箭的時候不過10千米每秒左右,相差了5個數量級,所以,這個“遠遠小于”可以認為是速度和光速相差3個數量級以上,當然相差越多偏離就越小。

第二是研究對象的空間尺度要在分子大小的數量級以上和星系的數量級以下。本文認為相對論適用的范圍是宇觀和宏觀,宇觀就是大于太陽系尺度以上的大尺度。宏觀就是肉眼可見的最小尺度與宇觀之下的范圍。但是宏觀時牛頓力學和相對論相差不大時,也可以選用后者。而牛頓力學可以認為要求要在宏觀和分子尺度之上。要注意宇觀和宏觀,微觀都是模糊的。而分子尺度之下的自然就是量子物理的范疇。

第三是要求研究對象的質量在分子質量數量級之上和太陽質量數量級之下。因為如果質量比太陽還大的,那肯定就是宇觀范疇,往往使用相對論比較合適。而分子質量之下的往往就是微觀的,使用量子物理比較合適。

慣性的兩種表現形式：物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現出來。物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現為使物體保持原來的運動狀態不變(靜止或勻速直線運動)。牛頓第一定律是經過科學抽象、歸納推理總結出來的，而牛頓第二定律是一條實驗定律。

2.牛頓第一定律應用技巧

2.1 下列說法正確的是( )

A．在高速公路上高速行駛的轎車的慣性比靜止在貨運場的集裝箱貨車的慣性大

B．牛頓第一定律是根據理論推導出來的

C．在粗糙水平面上滾動的小球最后會停下來是因為小球具有慣性

D．物體的速度逐漸增大同時加速度逐漸減小是有可能的

解析 慣性是物體的固有屬性，質量是其唯一量度，選項A錯誤；牛頓第一定律是牛頓在伽利略理想斜面實驗的基礎上，加上邏輯推理得出的規律，選項B錯誤；小球在粗糙水平面上受到摩擦力是小球停下來的原因，選項C錯誤；物體可以做加速度逐漸減小的加速運動，選項D正確。

2.2 (多選)關于牛頓第一定律的理解正確的是( )

A．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規律

B．不受外力作用時，物體的運動狀態保持不變

C．在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于沒有外力維持木塊運動的結果

D．奔跑的運動員遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態

解析 牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態，即總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態不變，選項A、B正確；牛頓第一定律還揭示了力和運動的關系，力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動狀態的原因，在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于摩擦阻力的作用而改變了木塊的運動狀態，奔跑的運動員，遇到障礙而被絆倒，是因為他受到外力作用而改變了運動狀態，選項C錯誤，D正確。

通過以上示例，應用牛頓第一定律分析實際問題時，要把生活感受和理論問題聯系起來深刻認識力和運動的關系，正確理解力不是維持物體運動狀態的原因，克服生活中一些錯誤的直觀印象，建立正確的思維習慣。

如果物體的運動狀態發生改變，則物體必然受到不為零的合外力作用。因此，判斷物體的運動狀態是否改變，以及如何改變，應分析物體的受力情況。

結論

牛頓運動定律的一大成就就是將機械運動的參考系分為非慣性系和慣性系兩大體系。在非慣性系之中，對慣性力的引用，仍然可以對這些機械運動給予很大的指導作用。除了理論研究上的應用，慣性定律在日常生活中的應用也是很廣泛的，它對于日常生活的一些現象給予了正確的解釋，同時為我們的生產生活打來了極大便利。