的时间，对各种观测数据进行了艰苦的计算，一张张稿纸被写满计算的数据，一个个不眠之夜在悄悄地流逝，在经过了三千多个日日夜夜的计算与探紫，开普勒终于找到了隐藏在千百万个数据中的客观规律，使杂乱无章的数字显示出了规律.下面是他经过艰苦计算所发现第三定律时的原始数据表：水星金星地球火星木星土星0.2411T(年)0.6151.88111.86229.4570.387I9.539a（平均轨道半径）0.7231.5245.203T20.05813.540140.7867.90.378a30.057960.377913.540140.85867.98表中诸行星的数据都是以地球为标准的。地球绕日公转一周（T)为一年，与太阳的平均距离（a)算作一个单位，其余诸行星有关(T)和(a)的数据均以此为标准折算.表中属第谷留给开普勒的资料只是表中前两横行的原始数据，而前两横行内的原始数据看起来十分凌乱，怎么会想到T2=a3这种规律性的关系呢？从这里可看出开普勒的智慧和耐心，这是经过十年艰若计算与探索的结果．至此，开普勒发现了各行星之间的运行的关系：行星公转周期的平方跟它们轨道半长轴的立方成正比.这就是开普勒第三定律，开普勒在得到这个结论后写道：“这正是我十六年以前就强烈希望要探索的东西…为此目的，我参加了第谷的工作，现在我终于揭露出它的真相，认识到这一真理，这是超出我最美好期望的”：开普勒第三定律公布在1619年出版的《宇宙谐和论》中，开普勒运用他发现的三定律同第谷的观测数据结合起来，在1627年出版了新的星表《路德福星表》，实现了第谷的遗愿．他还写了《哥白尼天文学概要》一书，指出行星运动三定律不仅适用于火星，而且适用于所有行星：他还认为我们的太阳只是一个普通的恒星，每个恒星的周围也都是一个类似于我们太阳系的世界，进一步发展了哥白尼宇宙结构体系，这是天文学研究中的一次突破.四、开普勒行星运动三定律的现代表述开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星都沿椭圆轨道运行，太阳位于这些椭圆的一个焦点上.开普勒第二定律（面积定律）：太阳至行星的矢径在相等的时间内扫过相等的面积，开普勒第三定律（调和定律）：任何两行星绕太阳运行的周期的平方同它们离太阳的平均距离（或其轨道长半径）的立方成正比.开普勒从第谷的精确观测数据中发现的这三定律描述了行星运动的规律，其中第一定律否定了传统的圆形轨道论，修正了哥白尼的日心理论．它给我们提供了一幅太阳系的极为简单的图景，只有一些椭圆形轨道，这些椭圆大多数近似于圆，几乎所有的轨道都在同一平面内（只有寞王星的轨道倾斜的比较显著）：第二定律否定了传统的匀速运动、准确地描述了围绕太阳的任何行星的运动规律.这条定律也适用于围绕地球的月亮的运动以及围绕任何行星的卫星的运动.第三定律建立了行星之间的联
的时间，对各种观测数据进行了艰苦的计算，一张张稿纸被写满计算的数 据，一个个不眠之夜在悄悄地流逝，在经过了三千多个日日夜夜的计算与 探萦，开普勒终于找到了隐藏在千百万个数据中的客观规律，使杂乱无章 的数字显示出了规律．下面是他经过艰苦计算所发现第三定律时的原始数 据表： 水星 金星 地球 火星 木星 土星 T （年） 0.241 0.615 1 1.881 11.862 29.457 （平均轨道半径） 0.387 0.723 1 1.524 5.203 9.539 T 2 0.058 0.378 1 3.540 140.7 867.9 a 3 0.05796 0.3779 1 3.540 140.85 867.98 表中诸行星的数据都是以地球为标准的．地球绕日公转一周(T)为一年， 与太阳的平均距离(a)算作一个单位，其余诸行星有关(T)和(a)的数据均 以此为标准折算．表中属第谷留给开普勒的资料只是表中前两横行的原始 数据，而前两横行内的原始数据看起来十分凌乱，怎么会想到 T 2＝a 3 这 种规律性的关系呢？从这里可看出开普勒的智慧和耐心，这是经过十年艰 若计算与探索的结果．至此，开普勒发现了各行星之间的运行的关系：行 星公转周期的平方跟它们轨道半长轴的立方成正比．这就是开普勒第三定 律．开普勒在得到这个结论后写道：“这正是我十六年以前就强烈希望要 探索的东西.为此目的，我参加了第谷的工作，现在我终于揭露出它的 真相，认识到这一真理，这是超出我最美好期望的”．开普勒第三定律公 布在 1619 年出版的《宇宙谐和论》中． 开普勒运用他发现的三定律同第谷的观测数据结合起来，在 1627 年 出版了新的星表《路德福星表》，实现了第谷的遗愿．他还写了《哥白尼 天文学概要》一书，指出行星运动三定律不仅适用于火星，而且适用于所 有行星．他还认为我们的太阳只是一个普通的恒星，每个恒星的周围也都 是一个类似于我们太阳系的世界，进一步发展了哥白尼宇宙结构体系，这 是天文学研究中的一次突破． 四、开普勒行星运动三定律的现代表述 开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星都沿椭圆轨道运行，太阳位 于这些椭圆的一个焦点上． 开普勒第二定律（面积定律）：太阳至行星的矢径在相等的时间内扫 过相等的面积． 开普勒第三定律（调和定律）：任何两行星绕太阳运行的周期的平方 同它们离太阳的平均距离（或其轨道长半径）的立方成正比． 开普勒从第谷的精确观测数据中发现的这三定律描述了行星运动的 规律．其中第一定律否定了传统的圆形轨道论，修正了哥白尼的日心理 论．它给我们提供了一幅太阳系的极为简单的图景，只有一些椭圆形轨 道，这些椭圆大多数近似于圆，几乎所有的轨道都在同一平面内（只有冥 王星的轨道倾斜的比较显著）．第二定律否定了传统的匀速运动、准确地 描述了围绕太阳的任何行星的运动规律．这条定律也适用于围绕地球的月 亮的运动以及围绕任何行星的卫星的运动．第三定律建立了行星之间的联
系，这样我们可以根据第三定律，从某一颗行星计算出的T2/a3值，去确定另一个已知轨道半径的行星绕太阳运行的周期，或已知周期求轨道半径.五、开普勒行星运动规律的发现留给我们的启示回顾开普勒行星运动三定律的发现过程，我们可以得到这样的启示：科学研究的协作与配合对科研的成功是至关重要的.第谷和开普勒两位伟大的人物，被誉为天文学界的双星：他们俩人的出身、经历、性格和特长都相差甚远，但他们又配合得那么默契和协调．第谷有一双敏锐的眼睛，他善于观察、持之以恒，而且观测数据准确可靠：但他缺乏开普勒的数学才能，如果没有开普勒，第谷辛勤积累的宝贵资料也许会成为一堆废纸.开普勒是先天不足，后天多病，再加上眼晴不好，一般说来，他不宜做一个天文学家，但他善于取长补短，发挥自己的特长，他具有丰富的想象力和很强的理论概括能力以及特有的数学天才，这些正是第谷所缺少的．开普勒的眼睛不好，但他借助了第谷的慧眼，而把自己的精力放在理论概括和计算方面，所以他取得了成功．但是如果没有第谷丰富而可靠的第一手天文观测资料，开普勒的理论研究也就成了无源之水，无本之木，那么就只能沉溺于空想之中，第谷是一个做工作的人，开普勒是一个完成工作的人：一个讲究的是观测的准确可靠，一个追求的是数学的概括与和谐；一个提供了量多优质的建筑材料，一个是第一流的建筑设计师；一个有一双明亮的眼睛，一个有一个聪慧的头脑．他们两人的结合，就必然要创造奇迹。第谷与开普勒的结合是科学史上观测数据与数学概括相结合、理论与实践相结合的光辉典范．也是后人科研协作、集体创造、相得益彰、珠联壁合的楷模
系，这样我们可以根据第三定律，从某一颗行星计算出的 T 2/a3值，去确 定另一个已知轨道半径的行星绕太阳运行的周期，或已知周期求轨道半 径． 五、开普勒行星运动规律的发现留给我们的启示 回顾开普勒行星运动三定律的发现过程，我们可以得到这样的启示： 科学研究的协作与配合对科研的成功是至关重要的．第谷和开普勒两位伟 大的人物，被誉为天文学界的双星．他们俩人的出身、经历、性格和特长 都相差甚远，但他们又配合得那么默契和协调．第谷有一双敏锐的眼睛， 他善于观察、持之以恒，而且观测数据准确可靠．但他缺乏开普勒的数学 才能，如果没有开普勒，第谷辛勤积累的宝贵资料也许会成为一堆废纸．开 普勒是先天不足，后天多病，再加上眼睛不好，一般说来，他不宜做一个 天文学家，但他善于取长补短，发挥自己的特长，他具有丰富的想象力和 很强的理论概括能力以及特有的数学天才，这些正是第谷所缺少的．开普 勒的眼睛不好，但他借助了第谷的慧眼，而把自己的精力放在理论概括和 计算方面，所以他取得了成功．但是如果没有第谷丰富而可靠的第一手天 文观测资料，开普勒的理论研究也就成了无源之水、无本之木，那么就只 能沉溺于空想之中．第谷是一个做工作的人，开普勒是一个完成工作的 人．一个讲究的是观测的准确可靠，一个追求的是数学的概括与和谐；一 个提供了量多优质的建筑材料，一个是第一流的建筑设计师；一个有一双 明亮的眼睛，一个有一个聪慧的头脑．他们两人的结合，就必然要创造奇 迹．第谷与开普勒的结合是科学史上观测数据与数学概括相结合、理论与 实践相结合的光辉典范．也是后人科研协作、集体创造、相得益彰、珠联 壁合的楷模．
牛顿第一定律一、亚里士多德的运动观念力与运动的关系问题，很早以前，就是人们关注的焦点：古希腊最伟大的哲学家和科学家亚里士多德对力与运动的关系问题作过许多探讨.亚里士多德把运动分为自然运动和受迫运动，他认为自然运动不需要力的推动，而受迫运动需要作用力的推动作用力是产生受迫运动的原因，作用力的本质就是抵抗，克服物体趋向其自然位置的本性：他认为，要使物体不断地作受迫运动，就要使外力不断作用于物体，不断地同物体保持直接接触。一旦这种作用停止了，直接接触中断了，物体的运动也就随之停止，所以在他看来物体本身不能维持运动.亚里士多德用他的运动观念解释了我们扔石头，石头离开手后为何还会运动一段距离：他认为，在这种状况下，石头后面的空气同石头保持着接触，当石头在手的推动下离开手的一瞬间，石头原来占据的位置就成了虚空，而大自然是厌恶真空的，所以周围的空气就立即填补了这个空间，对石头形成了一种冲力，使它又能向前移动一个位置：依此类推，石头离开手后就能继续移动一段距离．亚里士多德对自由落体运动的解释，他认为是由于重量而使物体下落，而物体之所以有重量，是因为包含水元素特别是土元素的缘故物体所含土元素越多就越重，它趋向其自然位置地心的要求就越强烈，由此他得出一个重要结论：物体下落速度同它的重量成正比．他继而引用马拉车，认为为了在一条平坦的路上拉车，马需要不断地用力，因此，沿直线以恒定速度运动的物体（如马车）应当受外力作用总之，亚里士多德在力与物体运动关系的问题上做出了不少错误的结论．即认为：受力运动与物体本质无关，取决于外力的作用，“运动者皆有推动者推动”，“在受力时，力既是产生运动，又是维持运动的原因”“沿直线以恒定速度运动的物体应当受外力的作用”等．由于亚里士多德的威望和影响，他的一些错误结论被当作信条，统治了人们近二千年的历史，直到十七世纪，人们才逐步形成正确的概念，其中伽利略做出了重要贡献.二、伽利略提出惯性原理伽利略早在比萨大学读书时就指出：亚里士多德生活在近二千年前，现在世界已发生了很大的变化．亚里士多德没有离开过地中海领域，而现在人们已完成了环球旅行．亚里士多德只了解世界上的一个小角落，他不可能永远正确而不犯错误：伽利略十分重视运动学的研究，并努力建立一门新科学他写道：“在自然中，最古老的课题莫过于运动尽管哲学家们对此写出了内容庞杂的著作，我却发现运动的某些性质仍是值得探讨的：”伽利略在批评亚里士多德运动观念的同时，提出了自己的力学观点．他在研究自由落体运动时，设计了一个著名的斜面实验：他在一个板条上刻出一条直槽，贴上羊皮纸使之平滑，让一个光滑的黄铜小球沿直槽下滚，并用水钟测定下落时间，伽利略在斜面成不同的倾斜角和铜球滚动不同距离的情况下作了上百次测定，从而证明了落体“所经过的各种距离
牛顿第一定律 一、亚里士多德的运动观念 力与运动的关系问题，很早以前，就是人们关注的焦点．古希腊最伟 大的哲学家和科学家亚里士多德对力与运动的关系问题作过许多探讨．亚 里士多德把运动分为自然运动和受迫运动，他认为自然运动不需要力的推 动，而受迫运动需要作用力的推动．作用力是产生受迫运动的原因，作用 力的本质就是抵抗，克服物体趋向其自然位置的本性．他认为，要使物体 不断地作受迫运动，就要使外力不断作用于物体，不断地同物体保持直接 接触．一旦这种作用停止了，直接接触中断了，物体的运动也就随之停止， 所以在他看来物体本身不能维持运动． 亚里士多德用他的运动观念解释了我们扔石头，石头离开手后为何还 会运动一段距离．他认为，在这种状况下，石头后面的空气同石头保持着 接触，当石头在手的推动下离开手的一瞬间，石头原来占据的位置就成了 虚空，而大自然是厌恶真空的，所以周围的空气就立即填补了这个空间， 对石头形成了一种冲力，使它又能向前移动一个位置．依此类推，石头离 开手后就能继续移动一段距离．亚里士多德对自由落体运动的解释，他认 为是由于重量而使物体下落，而物体之所以有重量，是因为包含水元素特 别是土元素的缘故．物体所含土元素越多就越重，它趋向其自然位置—— 地心的要求就越强烈，由此他得出一个重要结论：物体下落速度同它的重 量成正比．他继而引用马拉车，认为为了在一条平坦的路上拉车，马需要 不断地用力，因此，沿直线以恒定速度运动的物体（如马车）应当受外力 作用． 总之，亚里士多德在力与物体运动关系的问题上做出了不少错误的结 论．即认为：受力运动与物体本质无关，取决于外力的作用，“运动者皆 有推动者推动”，“在受力时，力既是产生运动，又是维持运动的原因” “沿直线以恒定速度运动的物体应当受外力的作用”等．由于亚里士多德 的威望和影响，他的一些错误结论被当作信条，统治了人们近二千年的历 史，直到十七世纪，人们才逐步形成正确的概念，其中伽利略做出了重要 贡献． 二、伽利略提出惯性原理 伽利略早在比萨大学读书时就指出：亚里士多德生活在近二千年前， 现在世界已发生了很大的变化．亚里士多德没有离开过地中海领域，而现 在人们已完成了环球旅行．亚里士多德只了解世界上的一个小角落，他不 可能永远正确而不犯错误．伽利略十分重视运动学的研究，并努力建立一 门新科学．他写道：“在自然中，最古老的课题莫过于运动．尽管哲学家 们对此写出了内容庞杂的著作，我却发现运动的某些性质仍是值得探讨 的．”伽利略在批评亚里士多德运动观念的同时，提出了自己的力学观 点．他在研究自由落体运动时，设计了一个著名的斜面实验：他在一个板 条上刻出一条直槽，贴上羊皮纸使之平滑，让一个光滑的黄铜小球沿直槽 下滚，并用水钟测定下落时间，伽利略在斜面成不同的倾斜角和铜球滚动 不同距离的情况下作了上百次测定，从而证明了落体“所经过的各种距离
总是同所用时间的平方成正比”的自由落体定律，在此基础上，伽利略进一步提出了“等未速度假设”即静止物体不论是沿竖直方向还是沿不同斜面从同一高度下落，到达末端时具有相同的速度：伽利略进一步用单摆摆球的等高性实验作了检验：如图：拉至AB放开的摆球会升到对面同一水平高度上，如果在E或F处钉上小钉子，摆球仍然沿不同的圆弧上升到同一水平高度的各点反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会升到原水平高度的B点．这说明，沿不同倾斜度的斜面（不同弧线）下落，其末速度是相等的．根据这个假设，伽利略推出了自由落体运动是作匀加速直线运动的结论.“等末速度假设”和单摆摆球的等高性实验，把伽利略引向理想斜面实验，如图让小球从第一个光滑斜面AB滚下，再爬上第二个光滑斜面BC则当小球在第二个斜面上爬到一定高度，就停止上爬再度滚下，上爬到的这个高度（C点）刚好等于小球在第一个斜面上开始滚下的出发点（A点）的高度：如果从AB斜面滚下的小球沿BD、BE等斜面上爬，会得到相同的结果．而这一切都同两个斜面的夹角无关：于是伽利略推想，如果第二个斜面的倾角等于零，也就是说它是一个光滑的平面BF，如果不考虑摩擦与空气阻力的作用，那么小球从第一个斜面滚下以后，它在第二个斜面（平面）上就永远达不到它原来出发时的高度，那它将永远滚动下去：在《关于两门新科学的对话》中，伽利略写到：“我们可进而指出，任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度可保持不变，不过，这是只能在水平面上发生的一种情形．因为在向下倾斜的平面上已经存在一加速因素；而在向上倾斜的平面上则有一减速因素：由此可见，在水平面上的运动是永久的．因为，如果速度是匀速的，它就不能减小或缓慢下来，更不会停止：”伽利略在这里基本上明确地提出了惯性原理.但伽利略在惯性原理中，所考虑的平面仅是地球表面上的“水平面”，伽利略本人也认识到，他的惯性原理只在极限意义下才正确，因为一真正的水平面必然与地表面相切，因而如果延伸得足够远，一定看得出它是向高处走而沿着它向外运动的物体最终会慢下来.而且伽利略的惯性原理仅限于地球上，并没有把它用于宇宙间使之成为普遍适用的定律：所以，伽利略的惯性原理存在着很大的局限性针对伽利略惯性原理的局限性，笛卡儿作了补充：笛卡儿克服了伽利略所认为的绕地球的圆周运动也是惯性运动的结论明确指出，作惯性运动的物体永远不会使自己趋向曲线运动.他总结出两条规则：第一，物体将一直保持它的速度，除非有别的物体制止它或者减慢它的运动速度；第二，物体始终趋向于维持直线运动．至此，惯性定律已基本被发现三、牛顿总结出牛顿第一定律1牛顿关于力和惯性的定义牛顿在笛卡儿、伽利略等人工作的基础上，他在《原理》一书中首先定义了力和惯性两个概念：他认为，施加于物体的力是为了改变其静止或匀速直线运动状态而施加于物体上的一种作用．仅仅在作用中，力才显示出来，作用一结束，力便从物体间消失，然后由于惯性，物体继续保持原来的状态．他写到：“物质的情性力或固有之力，是按一定的量而存在于其中的一种反抗的能力，由于这种力，任何物体不论是静止的或是沿直线
总是同所用时间的平方成正比”的自由落体定律．在此基础上，伽利略进 一步提出了“等末速度假设”即静止物体不论是沿竖直方向还是沿不同斜 面从同一高度下落，到达末端时具有相同的速度．伽利略进一步用单摆摆 球的等高性实验作了检验．如图：拉至 AB 放开的摆球会升到对面同一水 平高度上，如果在 E 或 F 处钉上小钉子，摆球仍然沿不同的圆弧上升到同 一水平高度的各点．反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会升到原 水平高度的 B 点．这说明，沿不同倾斜度的斜面（不同弧线）下落，其末 速度是相等的．根据这个假设，伽利略推出了自由落体运动是作匀加速直 线运动的结论． “等末速度假设”和单摆摆球的等高性实验，把伽利略引向理想斜面 实验，如图让小球从第一个光滑斜面 AB 滚下，再爬上第二个光滑斜面 BC， 则当小球在第二个斜面上爬到一定高度，就停止上爬再度滚下．上爬到的 这个高度（C 点）刚好等于小球在第一个斜面上开始滚下的出发点（A 点） 的高度．如果从 AB 斜面滚下的小球沿 BD、BE 等斜面上爬，会得到相同的 结果．而这一切都同两个斜面的夹角无关．于是伽利略推想，如果第二个 斜面的倾角等于零，也就是说它是一个光滑的平面 BF，如果不考虑摩擦 与空气阻力的作用，那么小球从第一个斜面滚下以后，它在第二个斜面（平 面）上就永远达不到它原来出发时的高度，那它将永远滚动下去．在《关 于两门新科学的对话》中，伽利略写到：“我们可进而指出，任何速度一 旦施加给一个运动着的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度可保持 不变，不过，这是只能在水平面上发生的一种情形．因为在向下倾斜的平 面上已经存在一加速因素；而在向上倾斜的平面上则有一减速因素．由此 可见，在水平面上的运动是永久的．因为，如果速度是匀速的，它就不能 减小或缓慢下来，更不会停止．”伽利略在这里基本上明确地提出了惯性 原理．但伽利略在惯性原理中，所考虑的平面仅是地球表面上的“水平 面”，伽利略本人也认识到，他的惯性原理只在极限意义下才正确，因为 一真正的水平面必然与地表面相切，因而如果延伸得足够远，一定看得出 它是向高处走而沿着它向外运动的物体最终会慢下来．而且伽利略的惯性 原理仅限于地球上，并没有把它用于宇宙间使之成为普遍适用的定律．所 以，伽利略的惯性原理存在着很大的局限性． 针对伽利略惯性原理的局限性，笛卡儿作了补充．笛卡儿克服了伽利 略所认为的绕地球的圆周运动也是惯性运动的结论．明确指出，作惯性运 动的物体永远不会使自己趋向曲线运动．他总结出两条规则：第一，物体 将一直保持它的速度，除非有别的物体制止它或者减慢它的运动速度；第 二，物体始终趋向于维持直线运动．至此，惯性定律已基本被发现． 三、牛顿总结出牛顿第一定律 1．牛顿关于力和惯性的定义 牛顿在笛卡儿、伽利略等人工作的基础上，他在《原理》一书中首先 定义了力和惯性两个概念．他认为，施加于物体的力是为了改变其静止或 匀速直线运动状态而施加于物体上的一种作用．仅仅在作用中，力才显示 出来，作用一结束，力便从物体间消失，然后由于惯性，物体继续保持原 来的状态．他写到：“物质的惰性力或固有之力，是按一定的量而存在于 其中的一种反抗的能力，由于这种力，任何物体不论是静止的或是沿直线
均匀向前运动的（即匀速直线运动），都要尽力维持其现状．”牛顿又指出，“这种力总是与具有该力的物体的质量成正比，而与物质的情性毫无区别，只是说法不同而已：由于物质的情性，物体要脱离其静止状态或匀速直线运动状态是困难的：基于这种考虑，这种表示情性的力可以用一个最确切的名称，叫做惯性力或者情性力…”牛顿在此所指的“惯性力”或者“情性力”，实质上就是“惯性”，2.牛顿总结出牛顿第一定律牛顿把惯性原理用于地球上物体运动的解释，又用于天体，给惯性原理赋予了普遍意义，使它成为一个定律，即牛顿第一定律，其内容可简要陈述为：“任何物体都保持静止的或匀速直线运动状态，直到其它物体的作用迫使它改变这种状态为止牛顿指出，在没有空气阻力妨碍或重力向下吸引的情况下，抛物体将继续其运动一个转动陀螺，如果没有空气阻力，它就不会停止转动．象慧星和行星这样较大的物体，由于在较为自由的空间中遇到的阻力较小，所以它们能在更长的时间内同时保持其进动和圆周运动.牛顿第一定律中所提到的物体是被当作质点来看待的，因而只涉及到物体的平动，而不涉及到物体的内部运动.3.牛顿第一定律的含义牛顿第一定律揭示出，任何物体都具有一种保持其原来运动状态的特性，即惯性，当物体不受力时，它处于静止就保持静止状态不变；当它处于运动时，就保持匀速直线运动状态不变．这体现了物体具有保持它原来运动状态的特性.定律还说明了匀速直线运动与静止这两种状态在一定意义上的等价性牛顿第一定律是从大量的实验现象出发，归纳总结出的，它是有一定的实验基础，但自然界中不受力的孤立物体是不存在的，因此，这一定律并不能简单地按其字面意义用实验直接加以验证，这更反映了它的普遍意义，并且由牛顿第一定律得出的一切推论都与观察和实验结果相符合，这也间接证明了这一定律的正确性这一定律还表明，必须施加给物体一个力才能使物体改变运动状态，或由静止到运动，或由运动变为静止，或从一速度变为另一速度即力只是与运动状态的改变直接相联系的，这是由牛顿第二定律来定量描述的四、牛顿第一定律的发现留给我们的启示从牛顿第一定律的发现过程可知，理想实验在其中起了决定性的作用：理想实验是人们在科学实验的基础上，运用逻辑推理方法和发挥想象力，在思维中把客观的实验条件和研究对象加以理想化，抽象出来的一种理想化过程的“实验”：伽利略被称为物理实验方法的先祖，同时他又创造了理想实验的方法：他在科学研究中善于运用理想实验的方法，为驳斥亚里士多德的“重物下落速度快”的错误结论，他设计了把轻重不同二物体捆在一起让其自由下落的理想实验，从而推翻了亚里士多德的落体观念：他在发现惯性原理的过程中运用了理想斜面实验，堪称物理史中的一绝．因为他所设计的理想斜面这种在纯粹理想状态下的实验，在实际当中是无法实现的．尽管我们可以创造各种条件，把运动物体所受的摩擦力和空气阻力尽量减少，但是永远不可能完全排除掉，然而，这并不能阻碍人
均匀向前运动的（即匀速直线运动），都要尽力维持其现状．”牛顿又指 出，“这种力总是与具有该力的物体的质量成正比，而与物质的惰性毫无 区别，只是说法不同而已．由于物质的惰性，物体要脱离其静止状态或匀 速直线运动状态是困难的．基于这种考虑，这种表示惰性的力可以用一个 最确切的名称，叫做惯性力或者惰性力.”牛顿在此所指的“惯性力” 或者“惰性力”，实质上就是“惯性”． 2．牛顿总结出牛顿第一定律 牛顿把惯性原理用于地球上物体运动的解释，又用于天体，给惯性原 理赋予了普遍意义，使它成为一个定律，即牛顿第一定律．其内容可简要 陈述为：“任何物体都保持静止的或匀速直线运动状态，直到其它物体的 作用迫使它改变这种状态为止． 牛顿指出，在没有空气阻力妨碍或重力向下吸引的情况下，抛物体将 继续其运动．一个转动陀螺，如果没有空气阻力，它就不会停止转动．象 慧星和行星这样较大的物体，由于在较为自由的空间中遇到的阻力较小， 所以它们能在更长的时间内同时保持其进动和圆周运动．牛顿第一定律中 所提到的物体是被当作质点来看待的，因而只涉及到物体的平动，而不涉 及到物体的内部运动． 3．牛顿第一定律的含义 牛顿第一定律揭示出，任何物体都具有一种保持其原来运动状态的特 性，即惯性．当物体不受力时，它处于静止就保持静止状态不变；当它处 于运动时，就保持匀速直线运动状态不变．这体现了物体具有保持它原来 运动状态的特性．定律还说明了匀速直线运动与静止这两种状态在一定意 义上的等价性． 牛顿第一定律是从大量的实验现象出发，归纳总结出的，它是有一定 的实验基础，但自然界中不受力的孤立物体是不存在的，因此，这一定律 并不能简单地按其字面意义用实验直接加以验证，这更反映了它的普遍意 义．并且由牛顿第一定律得出的一切推论都与观察和实验结果相符合，这 也间接证明了这一定律的正确性． 这一定律还表明，必须施加给物体一个力才能使物体改变运动状态， 或由静止到运动，或由运动变为静止，或从一速度变为另一速度即力只是 与运动状态的改变直接相联系的，这是由牛顿第二定律来定量描述的． 四、牛顿第一定律的发现留给我们的启示 从牛顿第一定律的发现过程可知，理想实验在其中起了决定性的作 用．理想实验是人们在科学实验的基础上，运用逻辑推理方法和发挥想象 力，在思维中把客观的实验条件和研究对象加以理想化，抽象出来的一种 理想化过程的“实验”．伽利略被称为物理实验方法的先祖，同时他又创 造了理想实验的方法．他在科学研究中善于运用理想实验的方法，为驳斥 亚里士多德的“重物下落速度快”的错误结论，他设计了把轻重不同二物 体捆在一起让其自由下落的理想实验，从而推翻了亚里士多德的落体观 念．他在发现惯性原理的过程中运用了理想斜面实验，堪称物理史中的一 绝．因为他所设计的理想斜面这种在纯粹理想状态下的实验，在 实际当中 是无法实现的．尽管我们可以创造各种条件，把运动物体所受的摩擦力和 空气阻力尽量减少，但是永远不可能完全排除掉．然而，这并不能阻碍人