牛顿第一定律的实质地位和作牛顿第一定律的实质地位和作用牛顿第一定律的实质地位和作用牛顿第一定律的实质地位和作用.doc

牛顿第一定律的实质地位和作用 高焜（安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011） 指导老师：江燕燕 摘要：文章研究了牛顿第一定律的实质及在牛顿三个定律中的地作用。澄清了对牛顿第 一定律的一些模糊认识对认识牛顿三定律之间的关系和理论的完备性和逻辑性提出了不同的看法。文章指出牛顿第一定律的实质是给出了一个不受力或所受合力为零不存在加速度的系统,即通常所说的惯性系而不是力的定义,定律成立与否来定牛顿第二、第三定律只对惯性系才成立。惯性系也不能用牛顿义。关键词: 牛顿第一定律; 惯性系; 力”的数学表达，则a=0，物体做惯性运动。 上述错误在于：牛顿第二定律是建立在物体“受力”条件下和真实的实验基础上的，因此不能逻辑地推断时理想极限情况下的运动，物体在“不受力”情况下做惯性运动，其加速度如何，只能依靠理想实验来证明。如前所述，第一定律和第二定律的实验基础完全不同，真实实验不能包括理想实验，理想实验是真实实验的理想极限，是无任何实验误差的思维实验，十四位理想化抽象的产物，“不受力”的条件对真实实验不能满足，只能靠思维的逻辑推理去把握，这正是牛顿第一定律与第二定律彼此独立的实验根据。 可见，第一定律和第二定律实务题“不受力”和“受力”条件下两个本质不同的运动规律。 牛顿第一定律的作用 当我们选定了由牛顿第一定律所给出的参照系─—惯性系,使物理量的测量才变成可能;牛顿第二、第三定律才变得有意义。如牛顿第二定律给出的数学表示 ,它只有在相对惯性 系─—一个没有加速度的参照系时, 才有确定的测量值,如参照系不是惯性系,而存在加速度,则 中的 的值就将改变,那么第二定 律就没有意义了,或者说不再成立了。例如,设一个在平直轨道上的小车,小车上有一光滑的桌面,桌面上放一小球,开始时静止在轨道上(见图1)。 图1 加速小车示意图 小球相对地面也是静止。在地上和车上的观察者 看到,这个小球在水平桌面上不受力,所以没有加速度。但当小车以水平加速度0向右运动时,在地面的参照系中的人看,小球在水平方向不受力,仍然静止,而在有加速度的参照系小车中的观察 者看,小球虽不受力,但却以-0向左运动,这显然与牛顿第一定律不符,而且小球相对于车上的观察者来说,它的加速度随0而变化,可见,牛顿第二定律不再成立。它从一个方面说 明:牛顿第二定律只对没有加速度的参照系成立。 同样对于第三定律也是一样,如对有加速度的参照系,物体间的作用力和反作用力的大小就不再 相等,即分别是作用力和反作用力),则第三定律也就不成立了。同样,由牛顿运动 定律建立起来的质点力学体系,如动量定理= ,动量守恒定律,动能 定理等也都对惯性系成立。可见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。所以可以看出牛顿第一定律,它和第二、第三定律构成了一个完整的理论体系,它是第二、第三定律的基石,是第二、第三定律成立的保证,而牛顿第二、第三定律只对由第一定律给出的惯性系才成立。 由此我们也给出了惯性系和非惯性系的定义:一个不存在加速度的参照系称做惯性系,否则为非惯性系。非惯性系中的力学问题不能由牛顿第二定律来解决而要用非惯性系中的力学方程: 求解。式中为在惯性系中 测得的物体受的力,而为在非惯性系中测得的惯性力, 0为非惯性系统的加速度。而我们 的一些教科书上如:马文蔚改编的面向21世纪课程教材《物理学》[] 却说:“我们把适用牛顿定律的参考系叫做惯性参考系,简称惯性系;反之就叫非惯性系。这种论述因果关系上有些颠倒,逻辑上也不够严谨。