§3.1 牛顿第一定律和惯性参考系
惯性参考系的定义
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——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。
《牛顿第一定律、惯性》 课件
8 .运送液体货物的槽车，液体 上有气泡，如图所示。当车向右 开动时，气泡将向 向右 运 动，其原因是 液体 具有惯 性。
9．关于惯性，下列说法中正确的是 （ D）
A.物体在静止时不容易推动，所以物体静 止时比运动时惯性大
B.物体高速运动时不容易停下来，所以物 体速度越大，惯性越大
C.当物体没有受到力作用时，能保持匀速 直线运动或静止状态，所以物体不受力时才 有惯性
甲 O
乙
A
O
丙
A
O
A
B
毛巾 表面
B
棉布 表面
B
木板 表面
分析论证
①三次实验，小车最终都静止，为什么？
②三次实验小车运动的距离不同，这说明 什么问题？
③小车运动的长短与它受到的阻力有什 么关系？
④若使小车运动时受到的阻力进一步减 小，小车的运动距离将会变长还是变短？
历史回顾：伽利略的理想实验
A
B
O
伽利略对惯性现象进行了深入的思考，提出了一个理想实验。 如图，它制作了几个表面非常光滑的斜面和水平面，以期尽量 减小摩擦。让小球从左边斜面上滚下，又滚上另一斜面，阻力 足够小得话，都能滚到本来的高度，斜面坡度越小则经过的路 程越 长（OB>OA），坡度减小到零，即为水平面，则小球经过 的路程就将无穷大，沿着水平面以不变的速度永远运动下去， 这一运动并没有力在维持。据此，伽利略总结出“物体的运动 不需要力来维持”的结论。这一结论在意义重大，它推翻了当 时”力是维持物体运动的原因“的结论。
初中物理
牛顿第一定律、惯性 和惯性现象
最便宜的旅行法 17世纪，法国有一位叫西拉诺·德·别尔热拉克 的作家，写了一本讽刺小说，名叫《月国史话》 （1652年），里面有一处谈到一件好像他本人曾 经亲身经历过的奇事。有一次他做物理实验，竟 莫名其妙地和他的玻璃瓶一起升到了空中。过了 几小时，他才得重新降落到地面上。这时候可真 叫他惊奇，他发觉自己已经不在本国法兰西，甚 至也不在欧洲，却在北美洲的加拿大了！但是， 这位法国作家对于自己这次出乎意外的横跨大西 洋的飞行，却认为是完全自然的。他解释的理由 是：在一个情不自禁的旅行家离开地球表面的时 候，我们这行星还是和从前一样在从西向东转； 因此，他降落的时候，在自己的脚下已经不是法 兰西，而是美洲大陆了。
牛顿第一、二、三定律解析
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。
漆安慎《力学》教案第03章 动量-牛顿运动定律
第三章 动量 牛顿运动定律
§3.2 惯性质量和动量
主要内容: §3.2.1 惯性质量 §3.2.2 动量·动量变化率和力 §3.2.3 牛顿运动定律 §3.2.4 伽利略的相对性原理
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第三章 动量 牛顿运动定律
§3.2.1 惯性质量
1.两质点在气桌上的碰撞
经典力学
m = 常量
相对论力学
m
m0
1 v2 / c2
m0为静止质量，v 和 c 分别表示质点的运动速度和 真空中的光速.
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第三章 动量 牛顿运动定律
§3.2.2 动量·动量变化率和力
1. 动量 定义： p m v 对任何两质点，有
m1v1 m2v2
v12 △v1 v22 △v2
m0 v
m m0
Δv0 Δv
Δv0 Δv
kg
m就是某物体“质量的操作型定义”其. 中m0的规定为： 1. 对宏观物体：取巴黎国际计量局中铂铱合金国际千
克原器为标准物体，规定其质量为 m0=1kg(千克)，此 即国际单位质量的基本单位.
2. 对微观粒子：取原子质量单位(u)，它是碳的同位素 12C原子质量的1/12.
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第三章 动量 牛顿运动定律
§3.1 牛顿第一定律和惯性参考系P.63
1. 什么是孤立质点？
2. 牛顿第一定律的内容是什么？ 3. 牛顿第一定律中说的静止或运动是以什么为参考系的？
4. 什么是惯性参考系( 简称惯性系)？
5. 太阳是惯性系吗？ 绕银河中心转动 an 3108 cm s2
2. 牛顿第三定律
作用力与反作用力之间有 F21 F12
动量定理及动量守恒定律
学
祝恒江
第三章 动量定理及动量守恒定律
前言 § 3.1 牛顿第一定律和惯性参考系 § 3.2 惯性质量、动量和动量守恒定律 § 3.3 牛顿运动定律 • 伽利略相对性原理 § 3.4 主动力和被动力 § 3.5 牛顿运动定律的应用
§ 3.6 非惯性系中的力学
§3.7 用冲力表示动量定理 §3.8 质点系动量定理和质心运动定理 §3.9 经典力学中动量守恒定律的常见形式 习题课
3.1牛顿第一定律和惯性参考系
我们都知道，运动是绝对的，但对运动的描述都是相对的。 那么，是否存在这样的参考系，使得物体相对它静止或等速直 线运动，而不对其产生作用呢？换句话讲，牛顿第一定律实际 上提出了一个描述物体运动的适当的参考系。我们通常把这种 参考系叫惯性参考系，简称惯性系。 现在的问题，惯性系是真的存在，严格地讲，这种参考系是 不存在的。值得幸运的是，实验事实告诉我们，在一定的精度 条件下，存在着近似的惯性系。例如，地球相对太阳的运动、 有公转和自转。尽管如此，在研究地球上物体相对地球的运动 时，（坐标原点取在地心或地球表面），在一有限的时间和空 间范围内，可以把地球当做近似的惯性系。同样道理在研究太 阳系中各行星的运动时，可以把太阳当做近似的惯性系。总之 ，只有近似的惯性系，不存在绝对的惯性系。 另外，利用伽利略变换，我们可以证明：相对惯性系静止或 等速直线运动的参考系也是一个惯性系。就是，发现一个惯性 系，便会有无穷多个惯性系。
3.1牛顿第一定律和惯性参考系
牛顿第一定律，应该说为为先是由伽利略提出的，它实 际上是伽利略思想的继承和发展。在伽利略之前，人们曾错 误地认为运动着的物体需要连续不断的的推动或牵引来维持 其运动。 如：一般的经验告诉我们，要使物体在地面上作水 平运动，就要对物体施加某种方式的作用（推、拉）。 不管是什么作用引起物体状态的变化，一旦这种作用 被解除，物体就将逐渐停止运动。正是这一直观的事 实使人们产生了上述那种错误地认识。
第三章 动量定理和动量守恒定律.
量守恒：
p
pi
mvi
恒矢量
i
i
（5）
注意：动量守恒定律是自然界最基本的定律之一。 适用于：经典力学，相对论力学，场，宏观物体和微观粒子组成的物
体系。
应用：动量守恒定律可以预测新粒子的存在。 原子核的β衰变可写为AB+e，但实验显示B核和e电子的 径迹不在一条直线上，违背动量守恒定律。为此泡利（W.Pauli） 于1930年提出中微子假说来维护动量守恒定律。1956年终于在 实验中发现了中微子。 在电磁学中研究两个运动带电粒子，人们发现两者动量的 矢量和似乎不守恒，后来考虑了电磁场的动量，总动量又守恒了。
1
§3.1 牛顿第一定律和惯性参考系
一、牛顿第一定律
孤立质点静止或作等速直线运动（每个物体继续保持其静止或作 等速直线运动的状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态）。
使用范围：质点和惯性参考系。
对牛顿第一定律的理解：
（1）定性的说明了运动和力的关系：物体的运动并不需要力去维持，只有 当物体的运动状态（速度）发生变化即产生加速度时，才需要力的作用。
d
F 21 k dt
m1 v1
d
, F12 k dt
m2 v2
式中k为常数。在SI中k=1，力的量纲为LMT-2，于是
F21 d dt
m1 v1
, F12 d dt
m2 v2
或一般的可写作 F d mv dt
2) 力的独立作用原理
若在一质点上同时作用几个力，则这些力各自产生自己
是没有任何物理意义的。
3
§3.2 惯性质量 • 动量和动量守恒定律
初中物理牛顿运动三定律图文详解
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。
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第三章 动量· 牛顿运动定律· 动量守恒定律
§3.1 牛顿第一定律和惯性参事实的抽象与概括 3. 定义了惯性系
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第三章 动量 牛顿运动定律
第三章 动量· 牛顿运动定律 · 动量守恒定律
§3.1 牛顿第一定律和惯性参考系
(1)惯性定律成立的参考系称之为惯性参考系，简
称惯性系. 惯性系是相对整个宇宙的平均加速度为零的 参照系.
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第三章 动量 牛顿运动定律 基准参考系(FK4系)——是以相对于选定的若干颗 恒星平均静止的位形为基准的参考系.
太阳参考系——固结在太阳上的参考系.
地面参考系——固结在地面上的参考系. (2) 惯性定律可以对质点的某一分量成立.
牛顿第一定律(惯性定律) 任何物体,只要不受其它物体作用，将会永远
保持静止或匀速直线运动的状态.
1. 提出了力和惯性的概念 力——是物体间的相互作用. 力是引起运动状态改
变的原因.
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第三章 动量 牛顿运动定律 惯性—— 物体所固有的，保持原来运动状态不
变的特性.
2.是大量观察与实验事实的抽象与概括 3. 定义了惯性系
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