牛頓運動定理包含三大定理,它們像主心骨一樣支撐起了整個精典熱學的裙樓。
牛頓第一定理告訴我們“一個物體不受力會如何?”
牛頓第二定理告訴我們“一個物體受力會如何?”
牛頓第三定理告訴我們“兩個物體之間的互相作用情況怎樣?”
每位定理都有好多相關知識、實驗和應用。且聽我一一道來。
明天我們講“牛頓第一定理”。先請你們看一個視頻(源自騰訊視頻),初步了解一下這一節的內容。
一、重點內容:
0.亞里士多德
以下文字源自百度百科,供參考。
亞里士多德(公元前384~前322),唐代哲人,古埃及人,世界唐代史上偉大的哲學家、科學家和教育家之一,號稱法國哲學的集大成者。他是柏拉圖的中學生,亞歷山大的老師。
公元前335年,他在雅典辦了一所叫呂克昂的校區,被稱為逍遙學派。馬克思曾稱亞里士多德是古埃及哲學屋內最博學的人物,恩格斯稱他是“古代的黑格爾”。
作為一位百科全書式的科學家,他幾乎對每位學科都作出了貢獻。他的寫作涉及倫理學、形而念書、心理學、經濟學、神學、政治學、修辭學、自然科學、教育學、詩歌、風俗,以及雅典法律。亞里士多德的專著建立了西方哲學的第一個廣泛系統牛頓第一定律也叫什么定律,包含道德、美學、邏輯和科學、政治和玄學。
亞里士多德追求以世界的原本面目說明各類自然現象。例如說,他覺得天上的運動應當是完美的勻速圓周運動。他覺得物體的運動須要力來維持,是與大量的“事實”相一致的。因為當時的研究總是靠直覺和思維進行,因而,這一錯誤觀點影響了人們兩千多年。
1.伽利略的智慧
伽利略觀察到:現實中,當一個球沿斜面向上運動時,它的速率減小,而向下運動時,它的速率降低。
由此伽利略推測:當球沿水平面運動時,它的速率應不增不減。
實際上他發覺:雖然沿水平面運動,球也越來越慢,最后停出來。
伽利略覺得:這并非是它的“自然本性”,而是因為磨擦阻力的緣故。
他同樣還觀察到:表面愈光滑,球便會運動得越遠。
于是他結論:若沒有磨擦阻力,球將永遠運動下去。
2.伽利略的理想實驗
可以概括為:“一個事實,三個結論”。
事實:讓小球沿一個斜面從靜止狀態開始向上運動,小球將“沖”上另一個斜面。
第一個結論:假如沒有磨擦力,球將上升到原先的高度。
第二個結論:降低第二個斜面的夾角,小球在這個斜面上仍將達到同一高度牛頓第一定律也叫什么定律,但這時它要運動得遠一些。
第三個結論:將第二個斜面放平,球將永遠運動下去。
3.笛卡兒的貢獻
從數學學發展的歷史可以發覺,當時伽利略覺得的地面上的物體除靜止外的另一個原本面目是勻速圓周運動(而不是勻速直線運動)。
是笛卡兒第一個明晰強調:除非物體遭到外力作用,物體將永遠保持靜止或勻速直線運動狀態。笛卡兒還覺得上述論斷應當作為一個原理加以確立,并且應當作為人類整個自然觀的基礎。
這確實是人類思想認識的一次飛越。為此,笛卡兒也是牛頓所謂的“站在巨人脖子上”的巨人之一。
4.牛頓做了哪些?
既然笛卡兒的推論與牛頓第一定理幾乎完全相同,這么,牛頓的高明之處究竟彰顯在那兒呢?
(1)牛頓總結了前人的推論
(2)從數學上賦于了明晰的內涵。這其中包括慣性和力作為科學概念的提出,以及慣性參考系等。
(課本上第68頁有一段話提到:無論在亞里士多德、還是伽利略和笛卡兒的時代,都沒有力的概念。我們如今為了敘述便捷,在陳述牛頓之前的相關內容時,“借用”了力的概念。)
(3)明晰了力和物體運動及其變化之間的直接因果關系。
正是因為通過完善牛頓第一定理,才給出了“慣性”和“力”的科學概念,所以,
5.牛頓第一定理是完全獨立的基本定理。
不能把牛頓第一定理當作牛頓第二定理在F=0時的特殊情況。
(以下文字源自百度百科,供參考)
它的獨立性表現在:
(1)確定了慣性參考系并引出了邏輯循環論證,這是公理體系的表現,任何學科的第一命題都要具有此特點。
(2)強調了任何物體都具有慣性,完善的慣性概念。
(3)它的否命題闡明出力的概念,力是物體對物體的作用,力使物體的運動狀態發生變化。
(4)是牛頓第二定理的基礎,首先,牛頓第一定理為第二定理打算了概念(力、慣性質量、慣性系)并定性闡述力和運動的關系;其次,第一定理主要說明物體不受外力作用時的運動狀態。不受外力作用和物體所受外力矢量和為零不是一碼事,因而綜上所述,牛頓第一定理是完全獨立的基本定律,用其解決的問題,別的任何規律都未能解決,第二、第三定理根本不能代替第一定理。
6.慣性
慣性是物體的固有屬性,表現為總是“企圖”保持“原來的狀態”不變。
原先靜止的“想保持”靜止,原先運動的“想”保持運動。
生活中有好多事例能說明物體具有慣性。例如,我們豎直向下跳上去,并不會因為月球轉動,而落在別的地方。由于,因為慣性,我們也在隨著月球轉動。
也有好多反映物體具有慣性的小實驗可以做。我們下節課進行。
二、學法指導:
1.弄清各類觀點的來龍去脈。
例如:亞里士多德覺得“力是維持運動的誘因”是“信口開河”嗎?他的根據是哪些?
對于運動和力,伽利略觀察到哪些?他的結論是哪些?
理想實驗為何是“理想”的?等等
2.結合生活實際,來理解“慣性”。
認真完成課后練習題,才能了解好多相關的生活實際。自己也可以再想一些,作為補充。
當你認真地思索這種問題,并能講給他人聽的時侯,就離真正把握這種知識不遠了。
明天的課就到這兒。假如你認為可能對你的同學有幫助,歡迎分享。我們上次再會。