浅析对牛顿第一定律的理解与解题技巧

张晨蓓

(陕西省西咸新区秦汉中学 陕西 咸阳 712000)

引言

牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。又称惯性定律、惰性定律。常见的完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。牛顿第一定律与牛顿第二、第三定律构成了牛顿力学的完整体系。牛顿第一定律给出了惯性系的概念，第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系只对惯性系成立。因此，牛顿第一定律是不可缺少的，是完全独立的一条重要的力学定律。

1.牛顿第一定律适用范围

牛顿第一定律的适用范围具体来说有三个要求,第一是研究的对象的速度远远小于光速,光速是30万千米每秒,而发射火箭的时候不过10千米每秒左右,相差了5个数量级,所以,这个“远远小于”可以认为是速度和光速相差3个数量级以上,当然相差越多偏离就越小。

第二是研究对象的空间尺度要在分子大小的数量级以上和星系的数量级以下。本文认为相对论适用的范围是宇观和宏观,宇观就是大于太阳系尺度以上的大尺度。宏观就是肉眼可见的最小尺度与宇观之下的范围。但是宏观时牛顿力学和相对论相差不大时,也可以选用后者。而牛顿力学可以认为要求要在宏观和分子尺度之上。要注意宇观和宏观,微观都是模糊的。而分子尺度之下的自然就是量子物理的范畴。

第三是要求研究对象的质量在分子质量数量级之上和太阳质量数量级之下。因为如果质量比太阳还大的,那肯定就是宇观范畴,往往使用相对论比较合适。而分子质量之下的往往就是微观的,使用量子物理比较合适。

惯性的两种表现形式：物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)。牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律。

2.牛顿第一定律应用技巧

2.1 下列说法正确的是( )

A．在高速公路上高速行驶的轿车的惯性比静止在货运场的集装箱货车的惯性大

B．牛顿第一定律是根据理论推导出来的

C．在粗糙水平面上滚动的小球最后会停下来是因为小球具有惯性

D．物体的速度逐渐增大同时加速度逐渐减小是有可能的

解析 惯性是物体的固有属性，质量是其唯一量度，选项A错误；牛顿第一定律是牛顿在伽利略理想斜面实验的基础上，加上逻辑推理得出的规律，选项B错误；小球在粗糙水平面上受到摩擦力是小球停下来的原因，选项C错误；物体可以做加速度逐渐减小的加速运动，选项D正确。

2.2 (多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是( )

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变

C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果

D．奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

解析 牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，选项A、B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了木块的运动状态，奔跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，选项C错误，D正确。

通过以上示例，应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯。

如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力作用。因此，判断物体的运动状态是否改变，以及如何改变，应分析物体的受力情况。

结论

牛顿运动定律的一大成就就是将机械运动的参考系分为非惯性系和惯性系两大体系。在非惯性系之中，对惯性力的引用，仍然可以对这些机械运动给予很大的指导作用。除了理论研究上的应用，惯性定律在日常生活中的应用也是很广泛的，它对于日常生活的一些现象给予了正确的解释，同时为我们的生产生活打来了极大便利。