牛顿第一定律 牛顿第一定律的公式是什么

一、什么是牛顿第一定律

牛顿三大运动定律是牛顿第一定律（Newton first law of motion）、牛顿第二定律（Newton second law of motion）和牛顿第三定律（Newton third law of motion）的总称。

内容：一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。

说明：物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的，没有外力，它的运动状态是不会改变的。物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性(inertia)。所以牛顿第一定律也称为惯性定律(law of inertia)。第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用，指出了是力改变了物体的运动状态。因为加速度是描写物体运动状态的变化，所以力是和加速度相联系的，而不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点，往往容易产生错觉。

1.牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立，实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立，作为一个参照系是否惯性参照系的判据。

2.牛顿第一定律是通过分析事实，再进一步概括、推理得出的。我们周围的物体，都要受到这个力或那个力的作用，因此不可能用实验来直接验证这一定律。但是，从定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因此，牛顿第一定律已成为大家公认的力学基本定律之一。

定律内容：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

（1）牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。

（2）F=ma是一个矢量方程，应用时应规定正方向，凡与正方向相同的力或加速度均取正值，反之取负值，一般常取加速度的方向为正方向。

（3）根据力的独立作用原理，用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物本所受各力正交分解，在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式：Fx=max，Fy=max列方程。

（1）矢量性：力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。牛顿第二定律数学表达式∑F= ma中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。

（2）瞬时性：当物体（质量一定）所受外力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变；当合外力为零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律，表明了力的瞬间效应。

（3）相对性：自然界中存在着一种坐标系，在这种坐标系中，当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态，这样的坐标系叫惯性参照系。地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，牛顿定律只在惯性参照系中才成立。

（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）。

（2）只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子。

内容：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。

表达式：F1=F2，F1表示作用力，F2表示反作用力。

说明：要改变一个物体的运动状态，必须有其它物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的，有作用必有反作用力。它们是作用在同一条直线上，大小相等，方向相反。

牛顿运动定律是建立在绝对时空以及与此相适应的超距作用基础上的所谓超距作用，是指分离的物体间不需要任何介质，也不需要时间来传递它们之间的相互作用．也就是说相互作用以无穷大的速度传递．

除了上述基本观点以外，在牛顿的时代，人们了解的相互作用．如万有引力、磁石之间的磁力以及相互接触物体之间的作用力，都是沿着相互作用的物体的连线方向，而且相互作用的物体的运动速度都在常速范围内．

在这种情况下，牛顿从实验中发现了第三定律．“每一个作用总是有一个相等的反作用和它相对抗；或者说，两物体彼此之间的相互作用永远相等，并且各自指向其对方．”作用力和反作用力等大、反向、共线，彼此作用于对方，并且同时产生，性质相同，这些常常是我们讲授这个定律要强调的内容．而且，在一定范围内，牛顿第三定律与物体系的动量守恒是密切相联系的．

但是随着人们对物体间的相互作用的认识的发展，19世纪发现了电与磁之间的联系，建立了电场、磁场的概念；除了静止电荷之间有沿着连线方向相互作用的库仑力外，发现运动电荷还要受到磁场力即洛伦兹力的作用；运动电荷又将激发磁场，因此两个运动电荷之间存在相互作用．在对电磁现象研究的基础上，麦克斯韦（1831－1879）在1855～1873年间完成了对电磁现象及其规律的大综合、建立了系统的电磁理论，发现电磁作用是通过电磁场以有限的速度（光速c）来传递的，后来为电磁波的发现所证实．

物理学的深入发展，暴露出牛顿第三定律并不是对一切相互作用都是适用的．如果说静止电荷之间的库仑相互作用是沿着二电荷的连线方向，静电作用可当作以“无穷大速度”传递的超距作用，因而牛顿第三定律仍适用的话，那么，对于运动电荷之间的相互作用，牛顿第三定律就不适用了．如图所示．运动电荷B通过激发的磁场作用于运动电荷A的力为（并不沿AB的连线），而运动电荷A的磁场在此刻对B电荷却无作用力（图中未表示它们之间的库仑力）．由此可见，作用力在此刻不存在反作用力，作用与反作用定律在这里失效了．

实验证明：对于以电磁场为媒介传递的近距作用，总存在着时间的推迟．对于存在推迟效应的相互作用，牛顿第三定律显然是不适用的．实际上，只有对于沿着二物连线方向的作用（称为有心力），并可以不计这种作用传递时间（即可看做直接的超距作用）的场合中，牛顿第三定律才有效．

但是在牛顿力学体系中，与第三定律密切相关的动量守恒定律，却是一个普遍的自然规律．在有电磁相互作用参与的情况下，动量的概念应从实物的动量扩大到包含场的动量；从实物粒子的机械动量守恒扩大为全部粒子和场的总动量守恒，从而使动量守恒定律成为普适的守恒定律．

二、牛顿第一定律的公式是什么

牛顿第一定律公式为：∑Fi=dv/dt=0。牛顿第二定律公式为：F合＝ma。牛顿第三定律公式为F1=F2。

牛顿三大定律是力学中重要的定律，它是研究经典力学的基础。

内容：任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。

说明：物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的，没有外力，它的运动状态是不会改变的。物体的这种性质称为惯性。所以牛顿第一定律也称为惯性定律。第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用，指出了是力改变了物体的运动状态。因为加速度是描写物体运动状态的变化，所以力是和加速度相联系的，而不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点，往往容易产生错觉。

注意：牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立，实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立，作为一个参照系是否惯性参照系的判据。

内容：物体在受到合外力的作用会产生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小与物体的惯性质量成反比。

第二定律定量描述了力作用的效果，定量地量度了物体的惯性大小。它是矢量式，并且是瞬时关系。

要强调的是：物体受到的合外力，会产生加速度，可能使物体的运动状态或速度发生改变，但是这种改变是和物体本身的运动状态有关的。

真空中，由于没有空气阻力，各种物体因为只受到重力，则无论它们的质量如何，都具有的相同的加速度。因此在作自由落体时，在相同的时间间隔中，它们的速度改变是相同的。

内容：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。

说明：要改变一个物体的运动状态，必须有其它物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的，有作用必有反作用力。它们是作用在同一条直线上，大小相等，方向相反。

牛顿运动定律是力学中重要的定律，是研究经典力学甚至物理学的基础，阐述了经典力学中基本的运动规律。该定律的适用范围为由牛顿第一运动定律所给出惯性参考系，并使人们对物理问题的研究和物理量的测量有意义。

牛顿运动定律批驳了延续两千多年的亚里士多德等人关于力的概念的错误观点，为确立正确的力的概念奠定了基础。该定律最早科学地给出了惯性质量、力等经典力学中的几个基本概念的定性定义，为由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系原理奠定了概念基础。

三、牛顿第一定律发展史

1、牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。又称惯性定律、惰性定律。

2、常见的完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止

3、英国物理学家艾萨克·牛顿于1687年，在巨著《自然哲学的数学原理》里，提出了牛顿运动定律，牛顿第一运动定律就是其中一条定律。

4、公元前5世纪的德谟克利特、伊壁鸠鲁认为：“当原子在虚空里被带向前进而没有东西与他们碰撞时，它们一定以相等的速度运动。”

5、公元前4世纪，希腊的哲学家亚里士多德指出：力是维持物体运动的原因，有力就有运动，没有力就没有运动。虽然这是一个错误的观点，但他第一次提出了力与运动间存在关系的论点，这就是他对动力学的贡献。

6、 6世纪希腊学者菲洛彭诺斯对亚里士多德的运动学说持批判态度。他认为抛体本身具有某种动力，推动物体前进，直到耗尽才趋于停止，这种看法后来发展为“冲力理论”。

7、 14世纪，以布里丹、阿尔伯特、奥里斯姆等人提出“冲力理论”，他们认为：“推动者在推动一物体运动时，便对它施加某种冲力或某种动力，速度越大，冲力越大，冲力耗尽时，物体停止下来。”

8、 17世纪，伽利略进行了初步的演绎推理。他把实验和数学结合在一起，通过实验观察和推论得到光滑斜面的推论。但是这个完全光滑的斜面在现实中不存在，于是他做了斜面理想实验。他对斜面平放时的情况进行研究，结论显然是球将永远滚下去。这就是说，力不是维持物体的运动即维持物体的速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。

9、 1644年，笛卡尔在他的《哲学原理》一书中弥补了伽利略的不足。他明确地指出，除非物体受到外因的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，并且还特地声明，惯性运动的物体永远不会使自己趋向曲线运动，而只保持在直线上运动。

10、 1687年，牛顿在笛卡尔、伽利略等人工作的基础上，撰写《自然哲学的数学原理》。

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