牛顿第一定律的探索过程

牛顿第一定律，又称惯性定律，是经典力学的核心内容之

一.它定性地揭示了运动和力的关系：力不是维持运动的原因，而是改变物体运动状态的原因.你可知道，历史上，人类对运动和力的关系的认识经历了一个多么曲折、漫长的探索过程啊！

亚里士多德是开拓者

在人类历史的长河中，运动和力如影随形，总是和人们的生活、生产密切相关.比如：马拉车则车前进，不再拉，前进的车会停下来；人推车则车前进，不再推，前进的车会停下来……那么，运动和力之间究竟有什么关系呢？

公元前4世纪，被西方称为“最博学的人”，古希腊最伟大的哲学家和科学家亚里士多德（图1），最早提出了这个问题，并根据生活生产经验给出了猜想：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止在一个地方，所以物体的运动需要力来维持.

这个观点来自于实际经验，并且还能用实际经验进行验证，所以被人们广泛接受，并维持了近两千年.因此说，亚里士多德在动力学方面的最大贡献是：第一次提出了运动和力之间存在关系的论点，开创了一个新的研究领域.

伽利略首创了理想实验方法

伽利略认为：物体的运动并不需要力来维持，运动之所以会停止下来，是因为受到摩擦阻力.当他把这个观点给别人讲解并试图让别人接受时.却遇到了阻力，毕竟亚里士多德的观点早已深入人心.于是，伽利略设计了众所周知的斜面滚球“理想实验”，也可以说.他是为了让别人信服自己的想法，才设计了这个实验.

“理想实验”过程如下：

第一步：从斜面一侧由静止滚下的小球，若没有任何摩擦，在另一侧斜面上将达到原来的高度，如图3甲，（这是一个大家都能够接受的事实，可以把它当作一个公理）

第二步：还是没有摩擦，把另一侧斜面近似放平.为了达到原来的高度，小球将经过更长的距离，如图3乙.（这也是经过推理大家都能接受的一个结论）

第三步：如果将另一侧斜面完全放平，贴着地面，物体将如何运动？如图3丙.

被提问的人肯定会在前两步的基础上得出：小球为了回到原来的高度，将永远运动下去.

由此可见：如果没有摩擦，一旦物体具有某一速度。物体将保持这个速度继续运动下去，运动不需要力维持.到这里，伽利略的新观点才被别人“不得不”接受！

这个结论，打破了自亚里士多德以来关于当外力停止作用时物体便静止的陈旧观念，很接近惯性定律了.但伽利略的惯性原理仅限于地球上，并没有把它用于宇宙间，使之成为普遍适用的定律.所以，伽利略的惯性原理还存在着很大的局限性，还不能说伽利略发现了惯性定律.

伽利略的“理想实验”是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，略去次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律，它是科学研究中的一种重要方法.同时，他第一个走出了亚里士多德“直观观察就能得出结论”的误区，提出了依靠实验来验证自己观点的科学研究方法.

笛卡儿补充了伽利略的观点

1644年，与伽利略同时代的法国科学家笛卡儿（图4），在伽利略研究的基础上进行了更深入的研究，他认为：如果运动物体不受任何力的作用，它不会向左、右方向偏，将永远沿原来的方向做匀速运动.这个观点弥补了伽利略的不足！笛卡儿的观点又比伽利略前进了一大步！

牛顿总结出惯性定律

1687年，英国伟大的物理学家、数学家牛顿（图5）摆脱了亚里士多德的影响，继续了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，吸收了笛卡儿的研究成果，把惯性定律作为第一原理正式提了出来：一切物体在不受外力作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态.他又进一步提出了“保持匀速直线运动状态和静止状态是物体的固有属性”的观点.

同时，牛顿又把惯性定律应用于地球上的物体运动和天体运动的解释，给惯性定律赋予了普遍意义.至此，人们对于运动和力的认识达到第一阶段比较完善的程度.

后来，爱因斯坦等科学家又进一步发展了牛顿第一定律，使之成为现代航空航天技术的理论基础之

一.

牛顿第一定律的建立过程留给我们的启示有：

1.该定律不是从实验中直接得出来的.但它又有深厚的实验基础，它是在实验的基础上通过进一步的科学推理而得到的，由这个定律进一步得出的一切科学推论都经受住了实践的检验.

2.该定律的得出是建立在许多人研究的基础上的，正如牛顿所说：“如果说我所看得更远一点，那是站在巨人肩上的缘故.”

所以说，没有哪一个定律是终极真理.物理学的大厦永不封顶，还等待同学们继续为它添砖加瓦呢！

跟踪练习：

1.人类航天航空技术的发展，得益于物理学中关于运动和力的研究.对“运动和力的关系”的研究大致经历了以下几个阶段：

①古希腊哲学家亚里士多德根据经验和思辨认为：力是____物体运动的原因.

②伽利略通过实验说明：运动物体如果不受其他物体的作用，将会做________.

③英国科学家____概括了伽利略等人的研究成果.总结出著名的惯性定律.

2.下列关于“牛顿第一定律”建立的说法正确的是（ ）.

A.它是通过理论推导出来的

B.它是通过实验直接得出的

C.它是可以通过实验来进行验证的

D.它是在实验的基础上，通过分析、推理得出的

责任编辑 林洋

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