小編整理： 牛頓第一運動定律是牛頓力學的三大定理之一，也被稱為慣性定律或惰性定律。它指出，所有物體都會保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它們改變運動狀態(tài)為止。這意味著物體在沒有任何外力作用的情況下，將保持原有的運動狀態(tài)不變。這個定律在解釋和預測物體在力學方面的行為時非常有用，也是物理學和工程學的基礎(chǔ)之一。
牛頓第一運動定律 牛頓第一運動定律，簡稱牛頓第一定律，又稱慣性定律、惰性定律。常見的表述為：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。
基本信息
外文名
Newton's First law of Motion
適用領(lǐng)域
力和運動狀態(tài)的關(guān)系、初等物理、力學
定律介紹 在牛頓的巨著《自然哲學的數(shù)學原理》中，牛頓第一運動定律的原始表述是：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。該表述在我國人教版、粵教版高中物理教材中被引用。
該定律的數(shù)學表達式為： ，其中 為合力， 為速度， 為時間。 在魯教版高中物理教材中，牛頓第一運動定律的表述為：當合外力為零時，原來靜止的物體將繼續(xù)保持靜止狀態(tài)，原來運動的物體則將繼續(xù)以原來的速度做勻速直線運動。合外力為零包括兩種情況，一種是物體受到的所有外力相互抵消，合外力為零；另一種是物體不受外力的作用。
有專家學者認為 魯教版 中的這種表述方式不嚴謹，建議采用牛頓的原始表述。 2019年 初中物理 教材中，牛頓第一運動定律的定義為：一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。
斜面實驗 伽利略 非常擅長把實驗和數(shù)學結(jié)合在一起，他研究運動學的方法既注重邏輯推理，又依靠實驗檢驗。他對光滑斜面的推論是通過實驗觀察，并推論得到的。由于完全光滑的斜面在現(xiàn)實中是不存在，因此理想斜面實驗屬于伽利略的邏輯推理部分。 1）光滑斜面的推論
現(xiàn)實中，當一個球沿斜面向下滾時，它的速度增大，而向上滾時，速度減小。
由此伽利略推論，當球沿水平面滾動時，它的速度應(yīng) 不增不減 。實際上他發(fā)現(xiàn)，球愈來愈慢，最后停下來。伽利略認為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因為他同樣還觀察到，表面愈光滑，球便會滾得愈遠。 于是他推論，若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h滾下去。 2）理想的斜面實驗
伽利略的理想斜面實驗實驗如右圖所示，讓小球沿一個光滑斜面從靜止狀態(tài)開始下滾，小球?qū)L上另一個斜面，達到與原來差不多的高度然后再下滾。他推論，只是因為摩擦力，球才沒能達到原來的高度。然后，他減小后一斜面的傾角，小球在這個斜面上仍達到同一高度，但這時它要滾得遠些。繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，球達到同一高度就會滾得更遠。
于是他對斜面平放時的情況進行研究，結(jié)論顯然是球?qū)⒂肋h滾下去。這就是說，力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。因此，一旦物體具有某一速度，如果不受力，它就將以這一速度勻速直線地運動下去。
適用范圍 牛頓第一定律只適用于慣性參考系。慣性參考系中，在質(zhì)點不受外力作用時，能夠判斷出質(zhì)點靜止或作勻速直線運動。牛頓第一定律在有加速度的非慣性參考系中是不適用，因為不受外力的物體，在非慣性參考系中也可能具有加速度，這與牛頓第一定律相悖。
非慣性系 中，要用非慣性系中的力學方程 求解力學問題。式中 為在慣性系中物體所受的合力， 為非慣性系中測得的慣性力， 為非慣性系統(tǒng)的加速度。
獨立性 牛頓第一定律是完全獨立的基本定律，它的獨立性表現(xiàn)在：1）確定了慣性參考系，并引出了邏輯循環(huán)論證，這是公理體系的表現(xiàn)，任何學科的第一命題都要具有此特性。2）指出了任何物體都具有慣性，建立了慣性的概念。3）它的 否命題 揭示了力的概念—力是物體對物體的作用，力使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化。 牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎(chǔ)，首先，牛頓第一定律為第二定律準備了概念（力、 慣性質(zhì)量 、慣性系）并定性闡明力和運動的關(guān)系；其次，第一定律主要說明物體不受外力作用時的運動狀態(tài)。不受外力作用和物體所受外力 矢量 和為零不是一碼事，因此不能把牛頓第一定律當成牛頓第二定律在 時的特殊情況。 總之，牛頓第一定律是完全獨立的基本定律，它解決的問題，任何其它定律都無法解決，第二、第三定律不能取代第一定律。
發(fā)展簡史 公元前5世紀的 德謨克利特 、 伊壁鳩魯 認為：“當原子在虛空里被帶向前進而沒有東西與之碰撞，它們一定以恒定的速度運動。” 公元前4世紀， 希臘 的哲學家 亞里士多德 指出：力是維持物體運動的原因，有力就有運動，沒有力就沒有運動。雖然這是一個錯誤的觀點，但他第一次提出了力與運動間存在關(guān)系的論點，這就是他對動力學的貢獻。 6世紀希臘學者菲洛彭諾斯對亞里士多德的運動學說提出批判，他認為拋物體本身具有某種動力，推動物體前進，直到耗盡才趨于停止，這種看法后來發(fā)展為“沖力理論”。
14世紀，布里丹、阿爾伯特 17世紀，伽利略，在自己的著作中多次提出類似于 慣性原理 的說法。他分別于 1632年 和1638年，在《 關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話 》和《關(guān)于力學和運動兩種新科學的談話》（簡稱《兩門新科學》）中記錄了他的理想斜面實驗，并推想得到結(jié)論：“假設(shè)物體沿光滑斜面落下，并沿著另一斜面向上運動，則物體不受斜面傾角的影響仍將達到和原來同樣的高度，只是需要的時間不同而已。”伽利略的實驗結(jié)論，打破了自亞里士多德以來一千多年間關(guān)于受力運動的物體，當外力 停止作用 時便歸于靜止的陳舊觀念。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，這已經(jīng)很接近慣性定律，但是伽利略仍沒有擺脫亞里士多德的影響，還不能說伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定律。 1644年， 笛卡爾 在他的《哲學原理》一書中彌補了伽利略的不足。他明確指出，除非物體受到外因的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態(tài)；他還特地聲明，慣性運動的物體永遠不會使自己趨向 曲線運動 ，而只保持在直線上運動。他把這條基本原理表述為兩條定律：一、每一單獨的物質(zhì)微粒將繼續(xù)保持同一狀態(tài)，直到與其他微粒相碰被迫改變這一狀態(tài)為止；二、所有的運動，其本身都是沿直線的。 1687年，牛頓在笛卡爾、伽利略等人工作的基礎(chǔ)上，撰寫《自然哲學的數(shù)學原理》，擺脫舊觀念的束縛，把慣性定律作為 第一原理 正式提了出來：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。他提出了保持勻速直線運動狀態(tài)和靜止狀態(tài)是物體的固有屬性的觀點，以及從中得出的 慣性參照系 的概念。
重要影響 1.牛頓第一定律給出了一個沒有加速度的參考系—慣性系，使人們對物理問題的研究和物理量的測量有了實際意義，從而使它成為整個力學甚至物理學的出發(fā)點。牛頓第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質(zhì)點力學體系，如 動量定理 、 動量守恒定律 、 動能定理 等，只對慣性系成立。 2.牛頓第一定律是其他原理的前提和基礎(chǔ)。第一定律中包含的基本概念，奠定了 經(jīng)典力學 的概念基礎(chǔ)，從而使它處于理論系統(tǒng)中第一個原理的前提地位，這表現(xiàn)在：1）首次批駁了延續(xù)兩千多年的亞里士多德等人錯誤的力的概念，為確立正確的力的概念奠定了基礎(chǔ)。2）第一次科學地給出了力的定性定義（含力的本質(zhì)和力的效果）。3）第一次提出了經(jīng)典力學的幾個基本概念，為第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質(zhì)點力學體系原理奠定了概念基礎(chǔ)。
