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【牛頓第一運動定律】　　　

　　一切物體在任何情況下，在不受外力的作用時，總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。

　　一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這就是牛頓第一定律。

　　牛頓第一定律還可縮寫成：動者恒動，靜者恒靜。

　　A particle will stay at rest or continue at a constant velocity， unless acted upon by an external unbalanced force。

　　〖說明〗　物體都有維持靜止和作勻速直線運動的趨勢，因此物體的運動狀態(tài)是由它的運動速度決定的，沒有外力，它的運動狀態(tài)是不會改變的。物體的保持原有運動狀態(tài)不變的性質(zhì)稱為慣性(inertia)慣性的大小由質(zhì)量量度。所以牛頓第一定律也稱為慣性定律(law of inertia)。牛頓第一定律也闡明了力的概念。明確了力是物體間的相互作用，指出了是力改變了物體的運動狀態(tài)。因為加速度是描寫物體運動狀態(tài)的變化，所以力是和加速度相聯(lián)系的，而不是和速度相聯(lián)系的。在日常生活中不注意這點，往往容易產(chǎn)生錯覺。

　　〖注意〗

　?。?）牛頓第一定律并不是在所有的參照系里都成立，實際上它只在慣性參照系里才成立。因此常常把牛頓第一定律是否成立，作為一個參照系是否慣性參照系的判據(jù)。

　?。?）牛頓第一定律是通過分析事實，再進一步概括、推理得出的。我們周圍的物體，都要受到這個力或那個力的作用，因此不可能用實驗來直接驗證這一定律。但是，從定律得出的一切推論，都經(jīng)受住了實踐的檢驗，因此，牛頓第一定律已成為大家公認的力學(xué)基本定律之一。

　　〖牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)及總結(jié)〗

　　300多年前，伽利略對類似的實驗進行了分析，認識到：運動物體受到的阻力越小，他的運動速度減小得就越慢，他運動的時間就越長。他還進一步通過進一步推理得出，在理想情況下，如果水平表面絕對光滑，物體受到的阻力為零，它的速度講不會減慢，這是將以恒定不變的速度永遠運動下去。

　　伽利略曾經(jīng)專研過這個問題，牛頓曾經(jīng)說過：“我是站在巨人的肩膀上才成功的。”這句話就是針對伽利略的。所以牛頓概括了前人的研究結(jié)果，總結(jié)出了著名的牛頓第一定律。

【牛頓第二運動定律】

　　〖內(nèi)容〗　物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

　　〖表達式〗　ΣF=ma或F合=ma

　　〖說明〗

　　（1）牛頓第二定律是力的瞬時作用規(guī)律。力和加速度同時產(chǎn)生、同時變化、同時消逝。

　?。?）F=ma是一個矢量方程，應(yīng)用時應(yīng)規(guī)定正方向，凡與正方向相同的力或加速度均取正值，反之取負值，一般常取加速度的方向為正方向。

　?。?）根據(jù)力的獨立作用原理，用牛頓第二定律處理物體在一個平面內(nèi)運動的問題時，可將物體所受各力正交分解，在兩個互相垂直的方向上分別應(yīng)用牛頓第二定律的分量形式：Fx=max，F(xiàn)y=may列方程。

　　〖牛頓第二定律的五個性質(zhì)〗

　?。?）同體性：F合、m、a對應(yīng)于同一物體。

　　（2）矢量性：力和加速度都是矢量，物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達式∑F = ma中，等號不僅表示左右兩邊數(shù)值相等，也表示方向一致，即物體加速度方向與所受合外力方向相同。

　　（3）瞬時性：當(dāng)物體（質(zhì)量一定）所受外力發(fā)生突然變化時，作為由力決定的加速度的大小和方向也要同時發(fā)生突變；當(dāng)合外力為零時，加速度同時為零，加速度與合外力保持一一對應(yīng)關(guān)系。牛頓第二定律是一個瞬時對應(yīng)的規(guī)律，表明了力的瞬間效應(yīng)。

　?。?）相對性：自然界中存在著一種坐標(biāo)系，在這種坐標(biāo)系中，當(dāng)物體不受力時將保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)，這樣的坐標(biāo)系叫慣性參照系。地面和相對于地面靜止或作勻速直線運動的物體可以看作是慣性參照系，牛頓定律只在慣性參照系中才成立。

　　（5）獨立性：作用在物體上的各個力，都能各自獨立產(chǎn)生一個加速度，各個力產(chǎn)生的加速度的失量和等于合外力產(chǎn)生的加速度。

　　〖適用范圍〗

　?。?）只適用于低速運動的物體（與光速比速度較低）。

　?。?）只適用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子。

       （3）參照系應(yīng)為慣性系。

【牛頓第三運動定律】　　

       〖內(nèi)容〗　兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。

　　〖表達式〗　F=-F'

　?。‵表示反作用力，

　　〖說明〗　要改變一個物體的運動狀態(tài)，必須有其它物體和它相互作用。物體之間的相互作用是通過力體現(xiàn)的。并且指出力的作用是相互的，有作用必有反作用力。它們是作用在同一條直線上，大小相等，方向相反。

　　〖注意〗

　　1.

　?、倭Φ淖饔檬窍嗷サ摹Ｍ瑫r出現(xiàn)，同時消失。

　　②相互作用力一定是相同性質(zhì)的力

　?、圩饔昧头醋饔昧ψ饔迷趦蓚€物體上，產(chǎn)生的作用不能相互抵消。

　　④作用力也可以叫做反作用力，只是選擇的參照物不同

　?、葑饔昧头醋饔昧σ驗樽饔命c不在同一個物體上，所以不能求合力

　　2.相互作用力和平衡力的區(qū)別

　?、傧嗷プ饔昧κ谴笮∠嗟?、方向相反、作用在兩個物體上、且在同一直線上的力；兩個力的性質(zhì)是相同的。

　?、谄胶饬κ亲饔迷谕粋€物體上的兩個力，大小相同、方向相反，并且作用在同一直線上。兩上力的性質(zhì)可以是不同的。

　?、巯嗷テ胶獾膬蓚€力可以單獨存在，但相互作用力同時存在，同時消失

　　例如：物體放在桌子上，對于物體所受重力與支持力，二者屬于平衡力，將物體拿走后支持力消失，而重力依然存在．

　　而物體在桌子上，物體所受的支持力與桌面所受的壓力，二者為一對作用力與反作用力．物體拿走后，二者都消失．

[編輯本段]

萬有引力、磁石之間的磁力以及相互接觸物體之間的作用力，都是沿著相互作用的物體的連線方向，而且相互作用的物體的運動速度都在常速范圍內(nèi)。

　　在這種情況下，牛頓從實驗中發(fā)現(xiàn)了第三定律。“每一個作用總是有一個相等的反作用和它相對抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠相等，并且各自指向其對方。”作用力和反作用力等大、反向、共線，彼此作用于對方，并且同時產(chǎn)生，性質(zhì)相同，這些常常是我們講授這個定律要強調(diào)的內(nèi)容。而且，在一定范圍內(nèi)，牛頓第三定律與物體系的動量守恒是密切相聯(lián)系的。

　　但是隨著人們對物體間的相互作用的認識的發(fā)展，19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了電與磁之間的聯(lián)系，建立了電場、磁場的概念；除了靜止電荷之間有沿著連線方向相互作用的庫侖力外，發(fā)現(xiàn)運動電荷還要受到磁場力即洛倫茲力的作用；運動電荷又將激發(fā)磁場，因此兩個運動電荷之間存在相互作用。在對電磁現(xiàn)象研究的基礎(chǔ)上，麥克斯韋（1831－1879）在1855～1873年間完成了對電磁現(xiàn)象及其規(guī)律的大綜合、建立了系統(tǒng)的電磁理論，發(fā)現(xiàn)電磁作用是通過電磁場以有限的速度（光速c）來傳遞的，后來為電磁波的發(fā)現(xiàn)所證實。

　　物理學(xué)的深入發(fā)展，暴露出牛頓第三定律并不是對一切相互作用都是適用的。如果說靜止電荷之間的庫侖相互作用是沿著二電荷的連線方向，靜電作用可當(dāng)作以“無窮大速度”傳遞的超距作用，因而牛頓第三定律仍適用的話，那么，對于運動電荷之間的相互作用，牛頓第三定律就不適用了。如圖所示，運動電荷B通過激發(fā)的磁場作用于運動電荷A的力為 （并不沿AB的連線），而運動電荷A的磁場在此刻對B電荷卻無作用力（圖中未表示它們之間的庫侖力）。由此可見，作用力在此刻不存在反作用力，作用與反作用定律在這里失效了。

　　實驗證明：對于以電磁場為媒介傳遞的近距作用，總存在著時間的推遲。對于存在推遲效應(yīng)的相互作用，牛頓第三定律顯然是不適用的。實際上，只有對于沿著二物連線方向的作用（稱為有心力），并可以不計這種作用傳遞時間（即可看做直接的超距作用）的場合中，牛頓第三定律才有效。

　　但是在牛頓力學(xué)體系中，與第三定律密切相關(guān)的動量守恒定律，卻是一個普遍的自然規(guī)律。在有電磁相互作用參與的情況下，動量的概念應(yīng)從實物的動量擴大到包含場的動量；從實物粒子的機械動量守恒擴大為全部粒子和場的總動量守恒，從而使動量守恒定律成為普適的守恒定律。

【牛頓運動定律的創(chuàng)立過程】

　　約翰尼斯·開普勒在1609年發(fā)現(xiàn)行星沿橢圓形（而不是圓形）軌道圍繞太陽運行。此后，科學(xué)家們便紛紛狂熱地試圖用數(shù)學(xué)方法解釋這些軌道。羅伯特·胡克和約翰·哈雷都曾做過嘗試，但他們兩個人用的數(shù)學(xué)方法都沒能奏效。

　　1642年艾薩克·牛頓出生于英國距離劍橋60英里的林肯郡。艾薩克是個難對付的孩子。在他出生前三個月父親就去世了，他不喜歡繼父，于是被送給外祖父母由他們撫養(yǎng)長大。然而牛頓不喜歡任何人——他不喜歡母親，也不喜歡外祖父母，甚至連同母異父的弟弟和妹妹也不喜歡。他經(jīng)常威脅說要打這些親人，要把房子燒掉。在學(xué)校里，他經(jīng)常違反紀(jì)律，讓老師頭疼。

　　只有一個人——威廉·艾斯庫注意到牛頓的聰慧和潛能，他安排牛頓去三一學(xué)院（隸屬于劍橋大學(xué)）學(xué)習(xí)。因為太窮支付不起昂貴的學(xué)費，牛頓就給其他學(xué)生當(dāng)傭人來掙錢支付食宿的費用。他總是獨來獨往，神神秘秘，別人都說他經(jīng)常板著面孔，喜歡與人爭論。

　　1665年倫敦瘟疫爆發(fā)，劍橋大學(xué)被迫關(guān)閉，于是牛頓回到妹妹在鄉(xiāng)下的莊園。莊園很閉塞，同時又缺少必要的數(shù)學(xué)工具描述不斷變化的力量和運動——而這些又是他感興趣的，因此他覺得十分沮喪。他決心弄清楚使物體運動（或靜止）的力量。

　　除了閱讀當(dāng)時比較新的開普勒和哈雷的專著之外，牛頓還研讀了伽利略和亞里士多德的著作。他搜集了早期希臘學(xué)者以來的研究結(jié)果和理論，這些理論都很零散，而且經(jīng)常相互矛盾。他仔細篩選這些材料并把它們重新提煉，找出其中的普遍真理和謬誤。牛頓非常善于從大量觀點中篩選出包含真理的少數(shù)，他的這一才能讓人稱奇。

　　牛頓算不上是實驗者，他喜歡思考問題，像愛因斯坦那樣在腦海里做實驗。他會長時間專注地想事情，直到得出他需要的答案。用他自己的話說，他會“把問題擺在面前，然后開始等待，一直等到出現(xiàn)第一縷曙光，接著漸漸變得清晰，最后豁然開朗”。

　　不久，一個問題開始困擾著牛頓：是什么力量導(dǎo)致了運動呢？他集中精力研究伽利略的自由落體定律和開普勒的行星運動規(guī)律。他癡迷到了廢寢忘食的地步，身體幾乎處于崩潰的邊緣。

　　1666年初，牛頓創(chuàng)立了三大運動定律，這些定律為他發(fā)明微積分和發(fā)現(xiàn)地球引力創(chuàng)造了必不可少的條件。但直到20年后哈雷鼓勵牛頓寫《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》時，牛頓才公布了他創(chuàng)立的三大定律。

　　1684年，讓·皮卡爾第一次精確地求出了地球的大小和質(zhì)量。有了這些必要的數(shù)字，牛頓就能證明：利用三大運動定律和他的重力方程式可以正確地計算出行星運動的真實軌道。即使有了確鑿的數(shù)學(xué)證據(jù)，牛頓也只是在哈雷的請求和說服下于1687年發(fā)表了《自然哲學(xué)和數(shù)學(xué)原理》，發(fā)表這本書最主要的原因是羅伯特·胡克聲稱（錯誤地聲稱），他自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了運動的普遍規(guī)律。《自然哲學(xué)和數(shù)學(xué)原理》成為科學(xué)史上備受推崇和人們經(jīng)常使用的出版物。