助解“牛頓第一定律”

徐月霞

一切物體在沒有受到力的作用時。總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。這就是著名的牛頓第一定律。

牛頓第一定律是在伽利略、笛卡爾等幾代杰出科學家的研究基礎(chǔ)上。經(jīng)英國物理學家牛頓深入思考、概括總結(jié)得出的重要自然規(guī)律。它否定了亞里士多德關(guān)于“運動和力”關(guān)系的錯誤觀點。是我們解決力學問題的重要理論依據(jù)。

牛頓第一定律的內(nèi)容只有短短一句話。簡短中蘊涵著深刻的道理。

牛頓第一定律成立的條件

1.“一切物體”

“一切”兩個字說明牛頓第一定律普遍適用于所有的物體。無論是運動的。還是靜止的。是一切物體都要遵循的運動規(guī)律。

2.“沒有受到外力作用”

“沒有受到外力的作用”是牛頓第一定律所描述物體的受力情況。這是一種理想化的情況。因為一切物體的存在都不是孤立的。都會與其他物體發(fā)生一定的作用。絕對不受力的物體是不存在的。

由此看來。牛頓第一定律是個理想化的定律。但它有重要的現(xiàn)實意義。因為平衡的力作用在物體上。其作用效果相互抵消。相當于物體不受力的作用。所以，當物體受到平衡力的作用時，也一定遵守牛頓第一定律。

例1 看足球比賽的某同學突發(fā)奇想。如果在空中飛行的足球所受的一切外力突然消失，足球的運動情況將會是（ ）。

A.做勻速直線運動

B.停在空中靜止不動

C.飛行路徑不受影響

D.豎直下落

解析：足球在空中飛行。處于運動狀態(tài)。如果此時足球所受的一切外力突然消失。這就滿足了物體不受外力的條件。那么根據(jù)牛頓第一定律可知，足球?qū)⒈３衷瓉淼乃俣壤^續(xù)做勻速直線運動。

答案：A

3.“靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)”

（1）“或”，說明靜止、勻速直線運動兩種狀態(tài)必居其一，不會同時存在。也就是說。物體在不受外力作用時。原來靜止的物體仍保持靜止狀態(tài)，原來運動的物體仍保持勻速直線運動狀態(tài)。

（2）靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)也叫作平衡狀態(tài)。根據(jù)牛頓第一定律可知。物體在不受力作用時處于平衡狀態(tài)。物體如果受平衡力作用，也會保持平衡狀態(tài)。即在平衡力作用下。原來運動的物體將保持勻速直線運動狀態(tài)。原來靜止的物體將保持靜止狀態(tài)。

（3）反過來，不管物體是處于靜止狀態(tài)還是勻速直線運動狀態(tài)。物體均處于平衡狀態(tài)，此時物體不受外力作用或受平衡力作用。

例2如圖1所示。跳水運動員站在跳板上。若此時她受到的重力和支持力平衡。她將處于__狀態(tài)：若此時運動員所受的一切力都消失。她將處于__狀態(tài)。

解析：跳水運動員受到重力和支持力的作用。這兩個力是一對平衡力，作用效果相互抵消。所以她將處于靜止狀態(tài)。若此時一切力都消失。根據(jù)牛頓第一定律。由于她原來靜止。所以將繼續(xù)保持靜止狀態(tài)。

答案：靜止 靜止

牛頓第一定律與慣性

物體之所以在不受力的作用時保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。是因為一切物體都具有慣性。慣性是物體保持原有運動狀態(tài)不變的性質(zhì)。所以。牛頓第一定律也叫作慣性定律。

慣性的大小與物體是否運動、運動速度的大小、是否受力都沒有關(guān)系。慣性是物體本身的一種性質(zhì)。其大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)。

例3 下列關(guān)于慣性的說法正確的是（ ）。

A.草坪上的足球滾動得越來越慢，是由于它的慣性越來越小

B.高速行駛的汽車即使緊急剎車也要滑行一段距離后才能停下來。這是因為速度越大慣性越大

C.跳遠運動員助跑起跳，是為了利用他自身的慣性來提高成績

D.推出去的鉛球能在空中飛行。是因為鉛球受到了慣性力的作用

解析：草坪上的足球滾動得越來越慢。是摩擦力改變了它的運動狀態(tài)，慣性大小與速度沒有關(guān)系。A錯誤：高速行駛的汽車即使緊急剎車也要滑行一段距離后才能停下來，是因為汽車有慣性。欲保持原來的運動狀態(tài)，但是慣性的大小與速度無關(guān)。B錯誤：跳遠運動員助跑起跳。由于慣性。他會保持起跳時的速度向前運動，可以提高成績，C正確；推出去的鉛球能在空中飛行。是因為鉛球具有慣性，但慣性不是力。D錯誤。

答案：C

運動和力的關(guān)系

一個現(xiàn)象：在地面靜止的箱子，推它就動起來。不推它就停下來。

對此現(xiàn)象的正確解釋是：推力改變了箱子的運動狀態(tài)。使它由靜止變?yōu)檫\動：不推了。它就停下來是因為它受到了摩擦力的作用。是摩擦力改變了它的運動狀態(tài)。

而以亞里士多德為代表的觀點認為。力是使物體運動的原因，沒有力的作用，物體就停止運動。運動需要力來維持。這是錯誤的。

通過牛頓第一定律的學習。我們認識到物體具有慣性。能保持原有運動狀態(tài)不變。物體的運動不需要力來維持。運動和力的關(guān)系是：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。

例4 關(guān)于小車運動與受力的關(guān)系，下列說法正確的是（ ）。

A.靜止的小車。推一下就動了，說明小車只有受力才能運動

B.小車受平衡力。一定處于靜止狀態(tài)

C.小車的運動狀態(tài)改變。不一定受力

D.推一下小車后松手，它能繼續(xù)運動，是由于小車具有慣性

解析：小車推一下就動了。是推力改變了它的運動狀態(tài)。推一下小車后松手。它能繼續(xù)運動。說明小車運動不是因為受了力。而是因為小車具有慣性，所以A錯誤，D正確：小車受平衡力作用。不一定處于靜止狀態(tài)。若原來小車是運動的，它會處于勻速直線運動狀態(tài)。B錯誤：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。所以物體運動狀態(tài)改變，一定受到了力的作用。C錯誤。

答案：D

責任編輯 程哲