專題一：牛頓第一定理
1、亞里士多德熱學(xué)觀點(diǎn)
最起床源於法國(guó)的熱學(xué)，被系統(tǒng)地總結(jié)在亞里士多德的化學(xué)學(xué)中。依據(jù)這些帶有思辯和人性色調(diào)的數(shù)學(xué)學(xué)觀點(diǎn)，把常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)分成三類。第一類是地面上物體的運(yùn)動(dòng)；第二類是物體在空中下落的運(yùn)動(dòng)；第三類是天體的運(yùn)動(dòng)。亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)的誘因作了解釋，地面上物體的運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)制性的運(yùn)動(dòng)，推一堆，動(dòng)一動(dòng)，不推就不動(dòng)，所以力是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由；第二類和第三類運(yùn)動(dòng)對(duì)於天然運(yùn)動(dòng)。月球是宇宙的中心，是一切空中運(yùn)動(dòng)物體的天然歸宿。物體的重量越大，其趨于天然位置的傾向也越大，所以其下落的速率也越大；天體是由特殊質(zhì)料構(gòu)成的，具有特殊性質(zhì)，天體是神靈們的處所，所以天體的運(yùn)動(dòng)是沿著最完美的曲線－－圓周，以最完美的速率－－勻速運(yùn)動(dòng)。這些經(jīng)不起事實(shí)檢驗(yàn)的解釋似乎是錯(cuò)誤的，但它居然影響和統(tǒng)治人們的思想達(dá)二千年之久牛頓第一定律也叫什么定律，直至伽利略、牛頓時(shí)代，才得以徹底糾正。這不僅與生產(chǎn)力發(fā)展水平低下有關(guān)外，還跟當(dāng)時(shí)的社會(huì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在古埃及時(shí)代把從事實(shí)驗(yàn)操作工作看作是低賤的事情，應(yīng)當(dāng)由奴隸或奴仆去完成，有身分有"知識(shí)"的人是不動(dòng)的，只是滔滔不絕地講演和論證。傳說(shuō)亞里士多德常在東苑中，邊遛彎邊給弟子授課，故亞里士多德學(xué)派又稱為逍遙派。為此，古埃及數(shù)學(xué)學(xué)的致命弱點(diǎn)是沒(méi)有充分注意定量實(shí)驗(yàn)。甚至一個(gè)很簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)也可以否認(rèn)亞里士多德的落體定理是錯(cuò)誤的。
2.伽利略的觀點(diǎn)
伽利略覺(jué)得，我們不能只對(duì)運(yùn)動(dòng)做定性的剖析，還要做定量的估算和實(shí)驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)用物理定量地描述物體的運(yùn)動(dòng)，再用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，而不再討論比如物體的目的、本性此類形而上牛頓第一定律也叫什么定律，難以量化的東西。這就意味著，伽利略舍棄了古埃及以來(lái)的自然哲學(xué)傳統(tǒng)，即將成立了以物理和實(shí)驗(yàn)為根基，以“描述自然現(xiàn)象”為任務(wù)，而不是嘗試去“解釋自然現(xiàn)象本質(zhì)”的現(xiàn)代科學(xué)。
伽利略是第一個(gè)把實(shí)驗(yàn)引進(jìn)熱學(xué)的科學(xué)家,他借助實(shí)驗(yàn)和物理相結(jié)合的方式確定了一些重要的熱學(xué)定理.1582年前后,他經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的實(shí)驗(yàn)觀察和物理推測(cè),得到了擺的等時(shí)性定理.接著在1585年因家庭經(jīng)濟(jì)困難退學(xué).離開(kāi)漢堡大學(xué)期間,他深入研究古埃及學(xué)者歐幾里得、阿基米德等人的專著.他按照杠桿原理和壓強(qiáng)原理寫出了第一篇題為《天平》的論文.不久又寫了論文《論重力》,第一次闡明了重力和重心的實(shí)質(zhì)并給出確切的物理表達(dá)式,因而聲名大振.與此同時(shí),他對(duì)亞里士多德的許多觀點(diǎn)提出指責(zé).
在1589～1591年間,伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)作了細(xì)致的觀察.從實(shí)驗(yàn)和理論上否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德關(guān)于“落體運(yùn)動(dòng)法則”確立了正確的“自由落體定理”,即在忽視空氣阻力條件下,重量不同的球在下落時(shí)同時(shí)落地,下落的速率與重量無(wú)關(guān).按照伽利略晚年的中學(xué)生V.維維亞尼的記載,落體實(shí)驗(yàn)是在漢堡斜塔上公開(kāi)進(jìn)行的：1589年某三天,伽利略將一個(gè)重10磅,一個(gè)重1磅的鐵塊同時(shí)拋下,幾乎同時(shí)落地,在場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)者個(gè)個(gè)目瞪口呆,他在大笑中聳聳肩走了.（事實(shí)上，伽利略并沒(méi)有做過(guò)漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)）
伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳細(xì)研究并給出了嚴(yán)格的物理表達(dá)式.尤其是加速度概念的提出,在熱學(xué)史上是一個(gè)里程碑.有了加速度的概念,熱學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部份能夠構(gòu)建在科學(xué)基礎(chǔ)之上,而在伽利略之前,只有靜力學(xué)部份有定量的描述.
伽利略曾非即將地提出過(guò)慣性定理和外力作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,首先，伽利略從一系列斜坡實(shí)驗(yàn)中發(fā)覺(jué)：一個(gè)物體是否運(yùn)動(dòng)，跟它有沒(méi)有受力沒(méi)有直接關(guān)系，運(yùn)動(dòng)不須要外力來(lái)維持。
他設(shè)計(jì)了一個(gè)光滑的斜坡，發(fā)覺(jué)不管我從左側(cè)多高的地方放下小球，小球基本上都能回到右側(cè)相同高度的地方，這就是知名的伽利略理想實(shí)驗(yàn)。
這為牛頓即將提出運(yùn)動(dòng)第一、第二定理奠定了基礎(chǔ).在精典熱學(xué)的成立上,伽利略可說(shuō)是牛頓的先驅(qū).
3.牛頓第一定理
接出來(lái)，牛頓就在這種工作的基礎(chǔ)上（牛頓曾說(shuō)過(guò)一句知名的話：“如果說(shuō)我比他人看的更遠(yuǎn)些，那是由于我站在巨人的右臂上”）構(gòu)建了一整套描述物體運(yùn)動(dòng)的理論。這就是大名鼎鼎的牛頓熱學(xué)，也是中學(xué)數(shù)學(xué)的核心。在八年級(jí)數(shù)學(xué)第七章第一節(jié)，朋友們?cè)缫褜W(xué)過(guò)了牛頓第一定理。
牛頓第一定理：一切物體在不受力，它將保持靜止或則勻速直線運(yùn)動(dòng)（即速率的大小和方向都不變）
牛頓第一定理也叫慣性定理，它告訴我們“運(yùn)動(dòng)并不須要力來(lái)維持”。假如物體遭到的合外力為零時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變。
為何它還有一個(gè)名子“慣性定理”呢？慣性在英語(yǔ)里跟惰性是同義詞，就是懶的意思。像懶豬一樣，你們都不樂(lè)意主動(dòng)改變自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這就好象你在一個(gè)單位待久了，就不樂(lè)意調(diào)動(dòng)，除非你的領(lǐng)導(dǎo)讓你非常難過(guò)難過(guò)。所以人們常說(shuō)逼你走的人常常是領(lǐng)導(dǎo)（力可以改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）。
好了，曉得力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以后，我給你一定的力，你的速率能改變多少呢？我們就須要牛頓第二定理。