关于牛顿第一定律的探索

娄姗姗

摘 要： 牛顿第一定律是经典力学中的三大定律之一，也叫作惯性定律，确立了运动和力之间的关系，是动力学的奠基石，为后面学习共点力平衡的知识打下了坚实的基础，为后续牛顿定律的学习做好了准备。

关键词： 牛顿第一定律 伽利略 匀速直线运动 惯性

牛顿第一定律选自人教版必修一第四章第一节，放在运动学和力学内容之后，教材安排合理，知识点紧凑，但是很多教师在讲这节内容时对牛顿第一定律的起源讲解得比较少，因此学生对相关科学家的贡献了解得非常少。要想深刻理解牛顿第一定律的内容，就必须了解亚里士多德、伽利略、笛卡尔和牛顿这几位科学家做出的贡献，接下来沿着历史足迹重现这个物理思想的形成过程。

1.引路者—亚里士多德

在了解亚里士多德的贡献之前，我们先了解一下亚里士多德这个人。亚里士多德是古希腊哲学家、科学家和教育学家，他是柏拉图的学生、亚历山大大帝的老师。他一生勤奋致学，写下了大量著作，研究的领域非常广泛，包括物理学、诗歌（包括戏剧）、音乐、生物学、动物学、逻辑学等，堪称古希腊的百科全书。

在物理学中亚里士多德的成就很多，但是最常被提到的却是他所犯的错误。在研究自由落体运动时，根据生活经验，他认为重的物体比轻的物体下落的速度快，最终被伽利略推翻。他在研究力和运动之间的关系时，提出假设“凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动”。当看到一个物体在运动，必然有一个物体在推动它，当没有推力时，它就会停止移动。如风过树摆，风停树静，这些日常生活现象很好地符合他的观点，于是他在日常观察基础上经过思考之后得出结论——力是维持物体运动的原因。虽然他的观点最终被伽利略推翻，但是他所做的贡献是不可磨灭的，他的贡献在于他把运动和力结合起来。

2.探路者—伽利略

当时亚里士多德的学说与基督教教义结合，这样的结合让他的学说成为权威，两千多年来一直没有人质疑他的观点，直到伽利略用著名的斜面理想实验推翻了他的观点。伽利略认为将人们引入歧途的是摩擦力，在日常生活运动中，摩擦是难以避免的。他注意到当小球沿水平面运动时，由于摩擦力的作用，球最终会停下来。他发现表面越光滑，球会运动得越远，于是，他推断：若没有摩擦力，球将永远运动下去。

伽利略为了证明他的思想，设计了著名的斜面理想实验，实验过程如下：

第一步：让小球从斜面静止开始向下运动，小球将会冲上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将冲上原来的高度；

第二步：减小第二个斜面的倾角，小球仍然会达到同一个高度，但是小球在斜面上运动的距离要远一些。继续减小斜面的倾角，小球达到同一个高度时运动的距离就会更远；

第三步：如果将第二个斜面放平，球会到达多远的位置？

在第一步和第二步的基础上，很容易得出结论：球将永远运动下去，不需要力推动。他指出力并不是维持物体运动的原因。伽利略构想的理想实验（又称假想实验）是以可靠的事实为基础的，把实验与逻辑推理和谐地结合在一起，这种科学探究方法有力地推动了科学发展和进步。

3.探路者—笛卡尔

笛卡尔是与伽利略同时代的法国著名科学家，相对于亚里士多德和伽利略，很多学生对笛卡尔的贡献了解得更少，很多老师讲解时一笔带过，学生认为笛卡尔的思想和伽利略的思想相似，并没有什么发展，这是不对的。

笛卡尔指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来又不偏离原来的方向。笛卡儿最早认识到惯性定律是解决力学问题的关键所在，最早把惯性定律作为原理加以确立，这对后来牛顿的综合工作有极其深远的影响。笛卡尔想象力丰富，他的许多观点都具有启发性，笛卡尔的贡献就在于他是第一个认识到力是改变物体运动状态的原因的。

4.铺路者—牛顿

“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上”，这句话大家耳熟能详，这是著名的科学家牛顿说过的话。牛顿在伽利略和笛卡尔工作的基础上，在隔了一代人之后，在《自然哲学的数学原理》一书中定义了力和惯性的概念，把物体运动的原因加以概括和提炼，提出了牛顿第一定律，这也是牛顿三大定律中最基本的定律。他认为一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。把物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。牛顿之所以能够成功，是因为他站在巨人的肩膀上，勤奋学习，不断发现新知识。

这些科学家的贡献是巨大的，牛顿第一定律不断地发展，逐渐地完善，是几代人共同不懈努力的结果，一个规律的发现并不是一帆风顺的，一开始的认识可能是错误的，需要人类不断探索才能发现真理。这些科学家在科学研究过程中是极其艰难的，需要付出大量精力和心血，才能发现现象背后的真理。通过对物理学历史发展过程的考察，有助于学生了解科学家认识和发现物理定理、定律的基本方法，从而“以史为鉴”，培养学生以科学家认识世界的方式认识世界。

参考文献：

[1]郭桂周，于海波.“牛顿第一定律”物理学史辨——兼论宗教对近代科学起源的推动作用[J].物理教师，2012，33（11）.

[2]李良杰.牛顿第一定律的教材编制摭论[J].课程教学研究，2013（2）.