§3.1 牛顿第一定律和惯性参考系

惯性参考系的定义定义对一切运动的描述，都是相对于某个参考系的。

参考系选取的不同，对运动的描述，或者说运动方程的形式，也随之不同。

在有些参考系中，不受力的物体会保持相对静止或匀速直线运动状态，其时间是均匀流逝的，空间是均匀和各向同性的。

在这样的参考系内，描述运动的方程有着最简单的形式，此参考系就是惯性参考系（惯性系）。

朗道《场论》（主要是相对论电动力学）给出的定义：牛顿第一定律成立的参照系叫做惯性系（原文直接说在这样的参考系中，一个不受相互作用的粒子将保持相对静止或匀速直线运动）。

这个定义在牛顿力学和狭义相对论中均适用。

①牛顿第一定律定义了惯性系。

②牛顿力学在惯性系中成立（在相对论中，修正为麦克斯韦方程组和相对论力学在其中成立）。

这样就不存在逻辑循环，同时也说明，牛顿第一定律不是牛顿第二定律在F=0时的特殊情况。

在空间中，相对于任何参考点（静止中或移动中），一个运动中的粒子的位移、速度和加速度都可以测量计算而求得。

虽然如此，经典力学假定有一组特别的参考系。

在这组特别的参考系内，大自然的力学定律呈现出比较简易的形式，所以称这些特别的参考系为惯性参考系（惯性系）。

惯性系有个特性：两个惯性系之间的相对速度必是常数；相对于一个惯性系，任何非惯性参考系（非惯性系）必定呈加速度运动。

所以，一个净外力是零的点粒子在任何惯性参考系内测量出的速度必定是常数；只有在净外力非零的状况下，才会有点粒子加速度运动。

因为万有引力的存在，并无任何方法能够保证找到净外力为零的惯性系。

实际而言，相对于遥远星体呈现常速度运动的参考系应是优良的选择。

惯性系是不存在引力作用、不存在自身加速度的“自由”参考系。

在经典力学中，这是一种理想参考系：由于宇宙空间中无处不存在引力，实际的惯性系是不存在的。

在广义相对论中，由于引力作用和加速度是完全等效的，对于一个在引力场中作自由落体运动的参考系，引力作用和自身加速度的作用抵消。

这样的参考系，是一个真实的“自由”参考系。

牛顿第一定律惯性定律牛顿第一定律——惯性定律牛顿第一定律是经典力学中最基本的定律之一，也被称为惯性定律。

它由英国物理学家艾萨克·牛顿于1687年在他的著作《自然哲学的数学原理》中提出。

牛顿第一定律的内容是：物体在没有外力作用下保持静止或匀速直线运动的状态。

一、牛顿第一定律的原理解析牛顿第一定律的原理非常简单，但却具有重要的意义。

它告诉我们，如果一个物体不受力作用，那么它将保持静止状态或匀速直线运动的状态。

这意味着物体有一个固有的属性，即惯性。

物体的运动状态只会因为外力的作用而发生改变。

二、惯性定律的应用惯性定律在日常生活中有广泛的应用。

我们可以通过一些例子来理解它的具体应用。

（1）行车过程中的感受当我们乘坐公交车或汽车行驶时，若突然刹车，我们会因为惯性而向前冲。

这是因为我们身体继续保持前进的惯性，而车辆突然减速。

同理，当车辆急加速时，我们身体后仰，也是惯性使然。

（2）飞行中的感受在飞机起飞或降落的过程中，我们很容易感受到身体的重力变化。

在飞机进入平稳状态后，我们会感觉自己没有受到任何力的作用，这是因为我们与飞机一起以相同的速度和方向进行匀速直线运动。

（3）小球的滚动将一个小球推向地面，当没有其他力作用时，小球将保持滚动的状态。

这是因为牛顿第一定律告诉我们，物体会保持静止或匀速直线运动的状态。

三、惯性定律与参考系牛顿第一定律的应用需要明确参考系的概念。

参考系是用来描述物体运动和力的观察的基准。

在某一个参考系中观察，物体可能会保持静止，而在另一个参考系中观察，物体可能会匀速直线运动。

因此，牛顿第一定律的应用要结合具体的参考系来进行。

四、总结牛顿第一定律，即惯性定律，是经典力学中最基本的定律之一。

它告诉我们物体在没有外力作用下会保持静止或匀速直线运动的状态。

惯性定律在日常生活中有广泛的应用，如行车过程中的感受、飞行中的感受以及物体的滚动等。

在应用惯性定律时，我们需要明确参考系的概念，因为观察物体运动和力的效果与所选择的参考系有关。

牛顿第一、二、三定律解析牛顿第一定律：惯性定律牛顿第一定律，也被称为惯性定律，是牛顿力学的基础。

惯性定律表述如下：一个物体若没有受到外力的作用，它将保持静止状态或匀速直线运动状态。

这条定律揭示了物体运动状态的保持性。

也就是说，在没有外力作用的情况下，物体的运动状态不会发生变化。

惯性定律可以从两个方面来理解：1.静止状态的保持：一个静止的物体，在没有外力作用的情况下，将一直保持静止状态。

2.匀速直线运动状态的保持：一个做匀速直线运动的物体，在没有外力作用的情况下，将继续保持这一运动状态。

惯性定律也引入了一个重要的概念——惯性参考系。

惯性参考系是指一个相对于其他物体没有加速度的参考系。

在这个参考系中，牛顿第一定律总是成立的。

牛顿第二定律：加速度定律牛顿第二定律是牛顿力学中关于力和运动关系的核心定律，表述如下：一个物体的加速度与作用在它上面的外力成正比，与它的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。

牛顿第二定律的数学表达式为：[ F = m a ]其中，( F ) 表示作用在物体上的外力，( m ) 表示物体的质量，( a ) 表示物体的加速度。

从牛顿第二定律，我们可以得出以下几点：1.力的作用：力是引起物体加速度变化的原因。

如果一个物体受到了外力，它的运动状态（静止或匀速直线运动）将会发生改变。

2.质量：质量是物体对加速度的抵抗程度。

质量越大，物体对加速度的抵抗越大，即相同的力作用在质量大的物体上，其加速度会比质量小的物体小。

3.加速度方向：加速度的方向与外力的方向相同。

这意味着，如果外力改变了方向，加速度也会相应地改变方向。

牛顿第三定律：作用与反作用定律牛顿第三定律是关于力的相互作用定律，表述如下：任何两个物体之间都存在相互作用的力，且这些力大小相等、方向相反。

牛顿第三定律揭示了力的相互作用性。

对于任何两个相互作用的物体，它们之间的力都是大小相等、方向相反的。

例如，当我们用手推墙时，我们的手感受到了墙的推力，而墙也感受到了我们手的推力。

初中物理牛顿运动三定律图文详解牛顿运动三定律是物理学中关于力和运动关系的基本定律，它们被广泛应用于解释和预测各种物体的运动。

本文将通过图文详细解析牛顿运动三定律，帮助读者深入理解这些定律。

一、牛顿第一定律-惯性定律牛顿第一定律，也被称为惯性定律，它表明一个物体如果没有外力作用于它，将会保持静止或匀速直线运动。

这意味着物体在没有受力时不会改变自己的状态。

以下图文解析将帮助读者更好地理解牛顿第一定律。

图1：[图片描述：一辆静止的小汽车][图片位置：文章中部]图1展示了一辆静止的小汽车。

根据牛顿第一定律，如果没有外力作用于这辆汽车，它将保持静止。

这是因为物体具有惯性，即物体倾向于保持自身运动状态，可能是静止也可能是匀速直线运动。

图2：[图片描述：一个小球沿着直线匀速运动][图片位置：文章中部]图2显示了一个沿着直线匀速运动的小球。

同样根据牛顿第一定律，如果一个物体受到一个恒定的合力，并且没有其他力的作用，它将以恒定的速度沿直线匀速运动。

这是因为物体保持自身运动状态的特性。

二、牛顿第二定律-力的作用定律牛顿第二定律是最著名的牛顿定律之一，它描述了力和物体运动之间的关系。

它的数学表达式为F=ma，其中F是力，m是物体的质量，a是物体的加速度。

以下图文解析将对牛顿第二定律进行详细说明。

图3：[图片描述：一个悬挂在绳子上的重物][图片位置：文章中部]图3展示了一个悬挂在绳子上的重物。

根据牛顿第二定律，物体所受的力等于质量乘以加速度。

在这个例子中，物体的质量为m，加速度为a，所以它所受的力F=ma。

这意味着当一个物体受到一个力时，它将产生一个加速度，加速度的大小与所受力成正比，与物体质量成反比。

图4：[图片描述：用力推动一个物体][图片位置：文章中部]图4展示了一个人用力推动一个物体。

根据牛顿第二定律，当一个人用力推动一个物体时，物体将受到一个力，力的大小取决于人的推力。

根据F=ma，物体的加速度将取决于所受力的大小和物体的质量。

第1讲牛顿第一定律、第二定律的理解一、牛顿第一定律1．牛顿第一定律（1）形成：伽利略（理想斜面实验，得出力不是维持物体运动的原因）→牛顿。

(2)内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

(2)意义①揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。

②揭示了力与运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。

(3)适用范围：惯性参考系。

2．惯性(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。

(2)惯性的两种表现①物体不受外力作用时，其惯性表现在保持静止或匀速直线运动状态。

②物体受外力作用时，其惯性表现在反抗运动状态的改变。

(3)量度：质量是惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。

(4)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关(选填“有关”或“无关”)。

3.惯性与惯性定律（1）惯性是物体本身的属性（2）质量是物体惯性大小的量度。

（3)外力作用于物体上，物体运动状态改变，但物体的惯性不变。

（4)惯性有大小，惯性定律是牛顿第一定律。

二、牛顿第二定律1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

2.表达式：F＝kma，当F、m、a单位采用国际单位制时k＝ 1 ，F＝ma。

3.适用范围①牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或做匀速直线运动的参考系)。

②牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。

3.对牛顿第二定律的理解1）矢量性:α与F 合的方向相同.已知F 合的方向.可推知α的方向, 反之亦然 . 2）瞬时性:α与F 合同时产生,同时变化,同时消失.（见例1）3）相对性:用α=F 合/m 求得的加速度α是相对地面的( 或惯性参照系 ), 4）同体性:α= F 合/m,各量都是属于同一物体的,即研究对象的统一性. 5）独立性:F 合=m α总 F x =ma x, F Y =ma y （见例2） 4.牛顿第一定律与牛顿第二定律关系（1）物体不受外力和物体所受合外力为0是有区别的，所以不能把牛顿第一定律看作牛顿第二定律在时的特例。

牛顿第一定律惯性与惯性参考系牛顿第一定律是经典力学中的基础原理之一，也被称为惯性定律。

它表明一个物体如果不受到外力的作用，将会保持静止或匀速直线运动。

惯性参考系是指观察者观测物体运动时所处的参考系。

本文将探讨牛顿第一定律的概念以及如何确定惯性参考系。

1. 牛顿第一定律的概念牛顿第一定律简称为惯性定律或惯性法则，由英国物理学家艾萨克·牛顿在1687年提出。

它表明在没有外力作用的情况下，物体将保持其运动状态，即静止或匀速直线运动。

这意味着物体具有惯性，即一种抵抗状态改变的性质。

2. 惯性参考系的定义惯性参考系是指一个观测者进行物体运动观察时所选择的参考系。

在这个参考系中，牛顿第一定律适用，物体如果不受到外力，则保持静止或匀速直线运动。

这样的参考系被认为是惯性参考系。

3. 如何确定惯性参考系确定惯性参考系的关键在于排除非惯性力的影响。

非惯性力是指不是由物体自身作用力引起的力，而是由其他物体或参考系的加速度引起的力。

当存在非惯性力时，物体将会受到额外的力的作用，从而使牛顿第一定律失效。

为了确定惯性参考系，可以采取以下步骤：3.1 观察是否存在可见的力在选定的参考系中观察物体的运动，如果物体在不受外力作用下保持静止或匀速直线运动，则说明该参考系是惯性参考系。

如果观察到物体的运动状态发生变化，可能存在非惯性力的作用。

3.2 排除外力的干扰如果在观测中发现物体的运动状态发生改变，需要仔细检查是否有外力的作用。

外力可以通过实验设计、测量仪器等方式进行确定和排除。

只有排除了外力的作用，才能得到准确的惯性参考系。

3.3 持续观测运动状态通过持续观测物体的运动状态，可以进一步验证所选参考系是否为惯性参考系。

如果运动状态始终保持不变，则说明该参考系是惯性参考系。

4. 惯性参考系的意义惯性参考系的确立对于研究物体的运动规律和力学定律具有重要意义。

只有在惯性参考系中，牛顿力学定律才能得到准确应用。

通过确定惯性参考系，我们可以研究物体在不受外力作用下的自由运动规律，揭示自然界中的普遍定律。