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(qū)秦漢中學(xué) 陜西 咸陽 712000)

引言

牛頓第一運(yùn)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(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動狀態(tài)為止。牛頓第一定律與牛頓第二、第三定律構(gòu)成了牛頓力學(xué)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(yùn)動定律建立起來的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)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(dú)立的一條重要的力學(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速,光速是30萬千米每秒,而發(fā)射火箭的時候不過10千米每秒左右,相差了5個數(shù)量級,所以,這個“遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于”可以認(rèn)為是速度和光速相差3個數(shù)量級以上,當(dāng)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(shù)量級以上和星系的數(shù)量級以下。本文認(rèn)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(xué)和相對論相差不大時,也可以選用后者。而牛頓力學(xué)可以認(rèn)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(zhì)量在分子質(zhì)量數(shù)量級之上和太陽質(zhì)量數(shù)量級之下。因?yàn)槿绻|(zhì)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(zhì)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(xiàn)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(xiàn)出來。物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運(yùn)動)。牛頓第一定律是經(jīng)過科學(xué)抽象、歸納推理總結(jié)出來的，而牛頓第二定律是一條實(shí)驗(yàn)定律。

2.牛頓第一定律應(yīng)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(yùn)場的集裝箱貨車的慣性大

B．牛頓第一定律是根據(jù)理論推導(dǎo)出來的

C．在粗糙水平面上滾動的小球最后會停下來是因?yàn)樾∏蚓哂袘T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(zhì)量是其唯一量度，選項(xiàng)A錯誤；牛頓第一定律是牛頓在伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加上邏輯推理得出的規(guī)律，選項(xiàng)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(xiàng)C錯誤；物體可以做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，選項(xiàng)D正確。

2.2 (多選)關(guān)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(yùn)動規(guī)律

B．不受外力作用時，物體的運(yùn)動狀態(tài)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(yùn)動的結(jié)果

D．奔跑的運(yùn)動員遇到障礙而被絆倒，這是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔闷仁顾淖冊瓉淼倪\(yùn)動狀態(tài)

解析 牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài)，即總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)不變，選項(xiàng)A、B正確；牛頓第一定律還揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系，力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動狀態(tài)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(yùn)動狀態(tài)，奔跑的運(yùn)動員，遇到障礙而被絆倒，是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔枚淖兞诉\(yùn)動狀態(tài)，選項(xiàng)C錯誤，D正確。

通過以上示例，應(yīng)用牛頓第一定律分析實(shí)際問題時，要把生活感受和理論問題聯(lián)系起來深刻認(rèn)識力和運(yùn)動的關(guān)系，正確理解力不是維持物體運(yùn)動狀態(tài)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(xí)慣。

如果物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)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(yùn)動狀態(tài)是否改變，以及如何改變，應(yīng)分析物體的受力情況。

結(jié)論

牛頓運(yùn)動定律的一大成就就是將機(jī)械運(yùn)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(jī)械運(yùn)動給予很大的指導(dǎo)作用。除了理論研究上的應(yīng)用，慣性定律在日常生活中的應(yīng)用也是很廣泛的，它對于日常生活的一些現(xiàn)象給予了正確的解釋，同時為我們的生產(chǎn)生活打來了極大便利。