内容来源|普通高中教科书 物理 必修第一册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
牛顿是世界上从未有过的最伟大的科学家。——阿西莫夫
初中我们学习了牛顿第一定律的基本内容，你能说说它揭示了物体运动遵循怎样的规律吗？滑冰运动员如果不用力，他会慢慢停下来。这是否与牛顿第一定律矛盾呢？
爱因斯坦曾把一代代科学家探索自然奥秘的努力，比作侦探小说中警员破案的过程。在侦探小说中，有时候明显可见的线索却把人们引到错误的判断上去。
长期以来，在研究物体运动原因的过程中，人们的经验是：要使一个物体运动，必须推它或拉它。
人们直觉地认为，物体的运动是与推、拉等行为相联系的，如果不再推、拉，原来运动的物体便会停止下来。
亚里士多德据此得出结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某个地方。
在探究运动原因的“侦探小说”里，正是由明显的线索引出错误判断的案例，而且这个“错案”维持了很久。
近四百年前，伽利略创造了有效的“侦察”方法，发现了正确的线索，揭示了事物现象的本质，成为物理学中的“神探”。
无论是亚里士多德，还是伽利略和笛卡儿，都没有提出力的概念。牛顿的高明之处在于，他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”。
本书为了表述方便，在陈述亚里士多德等人的思想时，借用了力的概念。
理想实验的魅力
伽利略的观察
当一个球沿斜面向下滚动时，它的速度增大；向上滚动时，速度减小。
伽利略猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。
伽利略认为这是摩擦作用的结果。若没有摩擦，球将永远运动下去。
伽利略的设计
为了阐明观点，伽利略设计实验：让一个小球沿斜面从静止状态运动，小球将“冲”上另一个斜面。
如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但运动的距离更长。
由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。
理想实验
阻力不可能完全消除，第二个斜面也不可能做得无限长，所以伽利略的实验是一个“理想实验”。
虽然这个实验无法实现，但是，伽利略在实验基础上进一步推理的方法，帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法。
伽利略理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。
这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。
伽利略同时代的法国科学家笛卡儿也研究了这个问题，他认为，如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。他还认为，这应该成为一个原理，是人类整个自然观的基石。
运动状态的改变
如是一个物体由静止变为运动或由运动变为静止，我们说它的运动状态发生了改变。
如果一个物体的速度大小或方向改变了，我们也说它的运动状态发生了改变。
在伽利略和笛卡儿工作基础上，隔了一代人后，英国科学家牛顿提出了动力学一条基本定律——牛顿第一定律。
牛顿第一定律
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。
物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。
拓展
任何物体都和周围的物体有相互作用，不受力作用的物体是不存在的。
牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态。它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。
意义
牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。
思考与讨论 从牛顿第一定律得知，物体都要保持它们原有的匀速直线运动状态或静止状态。也可以说，它们都具有抵抗运动状态变化的“能力”，即都具有惯性。那么，怎样描述惯性的大小呢？
惯性大小
在改变物体运动状态时，会体验不对劲物体惯性大小的不同。
以相同的方式抛掷质量不同的两个石块，让它们获得同样的速度，需要的力不同。质量大的石块需要的力大。
让摆动的大沙袋停下来就比让摆动的小球停下来费力得多。
大量事例说明，不同质量的物体，惯性的大小是不一样的。
不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同，质量大的物体惯性大。
质量
在初中，我们把质量理解为物体所含物质的多少；现在，又从物体惯性的角度认识质量。我们对于科学概念的认识就是这样一步一步深入的。
牛顿第一定律是否成立与选择的参考系有关。
情境
在桌面上放置一张纸和一个小钢球，小钢球静止在纸面上。
如果突然迅速拉动纸的一边，虽然小钢球相对桌面的位置几乎不变，但是如果只关注纸面及其上的小钢球时，会发现小钢球相对于纸面向相反的方向运动。
矛盾
当纸相对于桌面加速运动时，如果以这张纸为参考系来观察，小钢球相对于纸面的运动状态在改变。
按照牛顿第一定律，小钢球的运动状态发生改变，说明小钢球在水平方向上应该受到力的作用。
实际上，小钢球只受到竖直方向的重务和支持力，水平方向几乎不受力。
若以地面为参考系，上述矛盾则不会存在。
在纸加速运动的过程中，尽管小钢球相对于纸面的运动状态在改变，但它相对于地面的位置并没有变化，因而保持静止状态，这与牛顿第一定律分析得到的结论是一致的。
对于同一物体的运动，为何会得到两种不同的分析结果呢？
分析
由于观察物体的运动时所选择的参考系不同。牛顿第一定律是否成立与选择的参考系有关。
如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。
以加速运动的纸为参考系，牛顿第一定律并不成立，这样的参考系叫作非惯性系。
