甘霖

摘要：牛頓力學屬于經(jīng)典力學的范疇，主要研究物體的運動狀態(tài)，通常將需要研究的物體看作質點，然后對質點進行受力分析討論物體的受力狀態(tài)以及運動狀態(tài)。牛頓力學從形成到逐漸完善，影響了廣大人民的觀念，人們使用另一種嚴謹科學的觀念看待世界，探索大自然。牛頓力學具有其廣泛性也有其局限性，跟所有物理研究的方式極其類似的是，牛頓力學在實際考慮物體的運動狀態(tài)時要有選擇地排除物理因素的干擾。文章以高中生視角對牛頓力學知識分析與闡述，并探究牛頓力學的發(fā)展史。

關鍵詞：牛頓力學；發(fā)展史；經(jīng)典力學；高中生視角

牛頓力學跟其他經(jīng)典物理學中的實驗方式并沒有什么不同，都是采用控制變量法將不相關的因素進行分析排除，不斷改變物理參數(shù)記錄實驗數(shù)據(jù)從而得出自變量與因變量之間的關系。而牛頓力學與其他經(jīng)典物理學在于它更多是對研究的物體進行假設與分析，在不斷地假設中排除各種干擾因素，最后在一步步分析引導中得出答案。

一、牛頓力學研究的相關內容

物理學根據(jù)研究內容的不同分為五大版塊，分別是聲、力、熱、光、電，牛頓力學屬于力學板塊，力學研究的主要內容是對物體的受力狀態(tài)，運動方式以及所受阻力進行分析與判斷，牛頓力學在其中起到了理論性的指導意義。牛頓力學著重于對物體的運動狀態(tài)的改變和物體所受力改變對物體本身造成的影響研究與分析。牛頓力學研究的相關內容很多，以下將列舉三個方面：

1.根據(jù)物體受力以及運動狀態(tài)判斷出其他力的大小。牛頓力學包括牛頓第一第二第三定律，其中第一定律認為，當物體不受力時，將保持靜止或者勻速直線運動。因此物理學中可以根據(jù)這個定律判斷物體所受某一個力的大小。舉個例子，七十五公斤的小明躺在床上靜止不動，從而推斷出他受力為零，但地球上的所有人都受到地心引力的影響，計算得出小明所受的地心引力為七百三十五牛頓，推斷出小明受力為零并非不受任何力的作用，而是受力互相抵消，于是判斷出支持力為七百三十五牛頓，與地心引力相抵消。

2.分析作用力與反作用力。牛頓第三定律認為，作用力與反作用力是互相存在的，并且必然會存在。比如小明拿雞蛋砸石頭，雞蛋會給石頭一個作用力，石頭也會給雞蛋同樣的作用力，兩種力方向相反，大小相等，雞蛋會碎掉是因為雞蛋質地柔軟，自身硬度不夠。假設只有作用力沒有反作用力，那么雞蛋會給石頭力，石頭絕不會給雞蛋力，因此無論小明使用多大的力道將雞蛋砸向石頭，雞蛋都絕不可能碎掉，這在現(xiàn)實生活中顯然是不可能發(fā)生的，作用力與反作用力的必然存在可以使人們研究物體的受力狀態(tài)。

3.判斷物體運動狀態(tài)的改變。牛頓第二定律認為，加速度與合外力方向是相同的，物體必將沿著加速度方向改變自身運動狀態(tài)，牛頓第二定律將物體視為質點，將質點所受的力相互抵消，相互結合，最后只要是非勻速直線運動或是靜止的物體都會受到假想?yún)s真實存在的“合力”影響。如小明體重735N，所受合力為735N方向向右，計算他的加速度為一米每二次方秒，如果他此前的奔跑方向直線向左，那么速度將不斷減少直到停止，最后往右邊加速奔跑，如果他此前的奔跑方向直線向右，那么速度將不斷增加。

二、牛頓力學的發(fā)展史

牛頓力學是牛頓經(jīng)典力學的簡稱，在物理學中有著無可比擬不可動搖的權威地位。牛頓經(jīng)典力學并不僅僅局限于對物體運動狀態(tài)，運動方式以及受力情況進行分析研究，還對能量的做功與轉換，能量的總體守恒提出了新的設想，這種設想最終得以證實，被廣泛運動到人們的生活與生產中。在十七十八世紀工業(yè)革命改造世界時，牛頓經(jīng)典力學為科技的進步提供了堅實的理論依據(jù)，起到了不可磨滅的貢獻作用，對牛頓力學的發(fā)展史進行研究分析，將其劃分為三個階段：

1.伽利略對物體所受的加速度與運動狀態(tài)進行研究一直以來，人們對受力與運動狀態(tài)的理解非常有限，人們認為物體質量與運動速度有直接并必然的聯(lián)系，而伽利略卻將信將疑，來回思索。某天伽利略作出大膽的假設，他認為物體質量與運動狀態(tài)無關，也跟受力大小無關，人們不以為然，認為他的想法非?；闹?。伽利略在比薩斜塔將十公斤與一公斤的鐵球同時放下，結果兩個鐵球同時落地，他用事實推翻了人們的誤解。按照以前人們的理解，十公斤的鐵球必然先落地，因為它受力大或者質量大，但實際上是萬有引力產生的加速度一直作用在鐵球上，實驗成功地消除了人們物理知識上的誤區(qū)。除此之外，伽利略還發(fā)現(xiàn)無論運動或靜止的物體都具有慣性。

2.開普勒，哥白尼等科學家對數(shù)學與光學方面的研究牛頓經(jīng)典力學發(fā)展的第二個階段，這個時間段自然科學已經(jīng)逐漸完善，哥白尼著有《天體運行論》，他用大量的數(shù)據(jù)論證得出地球并不是宇宙的中心，所有恒星與星辰的軌跡圍繞太陽而變化，因此太陽才是宇宙的中心，為牛頓萬有引力的理論提供了理論依據(jù)。開普勒通過大量數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)了行星運行的規(guī)律，同時對光學、數(shù)學也起到一定的貢獻。

3.牛頓集前人之長，完善牛頓力學通過前人對物體運動狀態(tài)，天文學，數(shù)學，光學等進行的研究與思想啟蒙，牛頓先是發(fā)現(xiàn)萬有引力，然后在研究物體的受力狀態(tài)這一過程中發(fā)現(xiàn)牛一牛二牛三定律。除此之外，他還對物體的能量進行假設性論證，他認為運動的物體具備一定的能量，并在這個過程中不斷轉換能量的形式，但能量是一定守恒的。牛頓力學的假設性研究在整個經(jīng)典力學的體系中占據(jù)著至關重要的作用，被人們廣泛運用到生活與生產中，促進了科技的進步與社會生產力的發(fā)展。

牛頓力學是現(xiàn)代經(jīng)典力學中的重要版塊，至今在物理學的研究中都有極為重要的指導與研究意義，在人類物理學上起到里程碑式的貢獻。牛頓力學不僅對物體受力與運動狀態(tài)的改變進行分析，還對物體做功與能量轉換的關系進行研究，牛頓在借鑒前人的基礎上逐漸完善，至今影響著人們的生活與生產方式。

參考文獻：

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[2]陳華.牛頓力學與現(xiàn)代物理[J].科技資訊.2006年9月endprint