“牛顿第一定律”相关的物理学史.doc

1、“牛顿第一定律”相关的物理学史“牛顿第一定律”相关的物理学史 湖北省恩施高中 陈恩谱 在牛顿第一定律一节梳理物理学史时，很多老师由于对物理学史的生疏，导致 读不懂教材，进而给学生讲解这段历史时，也是糊里糊涂的，笔者就此问题作一简单澄清， 希望对各位有用。 一、亚里士多德一、亚里士多德 他提出了物体基于“本性”的“自然运动自然运动”和在外在作用（推、拉、提、举）下违 逆物体本性的 “受迫运动受迫运动” 概念。依其本性不同， 他将物体分为三类：一类是地面上的物体地面上的物体， 其本性是“好逸恶劳”，其自然运动是静止；一类是空中的物体空中的物体，其本性是“回到家乡” 重的物体家在大地，轻的物体家在天

2、上，其自然运动是重落轻升；一类是天体天体，其本性是 神圣的，其自然运动就是最完美的最和谐的匀速圆周运动。物体要违逆本性做受迫运动，物体要违逆本性做受迫运动， 必须要外在作用来维持。必须要外在作用来维持。这就是高中课本中所说的：地面上的物体的运动需要“力”来 维持，否则它就会停下来。 但其实，亚里士多德并没有提出科学的“力”的概念，他使用的是推、拉、提、举 等具体的人格化的词。 二、伽利略二、伽利略 伽利略敏锐的把握住了亚里士多德关于地面物体运动的错误之处是在于亚里士多 德没有注意摩擦摩擦的影响。伽利略通过理想理想斜面实验斜面实验指出，地面上的物体之所以会停下来，是 因为物体受到了摩擦；如果没有

3、摩擦等作用，地面上的物体会一直运动下去。伽利略为了解 释物体一直运动下去的原因，提出了“惯性惯性”的概念；伽利略指出，基于惯性，地面上的物 体的“自然运动”是匀速运动。 特别提醒，伽利略也没有提出“力”的概念，他用的是摩擦。特别提醒，伽利略也没有提出“力”的概念，他用的是摩擦。但是，他第一次提 出了“惯性”的概念。不过要说明的是，伽利略所谓的地面，实际上是个球面，伽利略提出 的“惯性”也可维持地面上的物体绕地球做匀速圆周运动，这和笛卡尔、牛顿的“惯性”概 念是有区别的。另一方面，伽利略通过落体运动的研究，指出了亚里士多德的另一个错误 空中的物体并不是重落轻升， 而是下落一样快， 伽利略借此实验

4、提出了速度和加速度概念， 指出所有落体运动的加速度相同；之所以重落轻升，是因为空气的作用。 三、笛卡尔三、笛卡尔 伽利略是意大利人，笛卡尔是法国人，伽利略是实验物理学家，笛卡尔是集大成的 哲学家。 笛卡尔了解同时代的伽利略的工作， 他用他哲学家的敏锐眼光看到了伽利略工作的 伟大意义，并对伽利略的结论进行了哲学式的推广：自然界一切物体都具有相同的本性自然界一切物体都具有相同的本性 惯性，自然界一切物体基于惯性的自然运动都是匀速直线运动！惯性，自然界一切物体基于惯性的自然运动都是匀速直线运动！笛卡尔把这一原则称之 为他的自然哲学的第一定律，他认为第一定律是新物理学的基础。 在“惯性”概念上，笛卡尔

5、对伽利略的一个重大突破，就是抛弃了“圆惯性”概念，认 为惯性运动只能是匀速直线运动（包括速度保持为 0 的静止状态）。 可以说，是伽利略打开了新物理学的大门，是笛卡尔开创了新物理学的理论基础。 在此也要指出， 笛卡尔也没有建立科学的力的概念。 笛卡尔为物理学建立了一个描述运动多 少的守恒量动量 mv。 四、牛顿四、牛顿 牛顿站在巨人们的肩膀上， 用他欧氏几何的理论建构精神， 建立起了他的运动定律 体系；他建立的牛顿第一定律，巩固了笛卡尔关于自然界一切物体本性和自然运动的认知， 并进一步创造了科学的“力”的概念创造了科学的“力”的概念使物体违逆自然本性做变速运动（受迫运动）的原 因，叫做力，即力

6、是产生加速度的原因。 牛顿的最大贡献，就是建立了力的概念，并以第二定律的形式，定量的给出了力的 大小的定义力的大小等于物体动量对时间的变化率， 从而为新物理学奠定了坚实而便捷 的理论分析基础。 当然，牛顿第一定律建立力的概念，牛顿第二定律定量的定义了力的大小，但是这 两个定律却没有揭示力的来源与本性， 牛顿进一步建立了力的本性中的最通用原则力的 作用是相互的，即牛顿第三定律。牛顿据此研究了天体的运动，在开普勒行星运动定律的基 础上，利用第一定律指出行星做曲线运动是因为受到了力（伽利略认为天体的“匀速圆周运 动”是自然运动或说惯性运动），利用第二、第三定律，牛顿得出了物理学史上第一个 基本相互作用的表达式万有引力的决定式，指出了质量作为力的一个来源的事实。 开普勒的贡献是打破了天体做匀速圆周运动的神话， 牛顿的贡献是将天上地下的物牛顿的贡献是将天上地下的物 体统一了起来体统一了起来，它们本性一样，自然运动一样，受迫运动的规律也是一样的，宇宙万物都在 牛顿运动定律的统治下运动。 说明：本文收录于陈恩谱老师说明：本文收录于陈恩谱老师物理原来可以这样学物理原来可以这样学2019 年年 6 月第三次修订版。月第三次修订版。