甘霖

摘要：牛頓力學(xué)屬于經(jīng)典力學(xué)的范疇，主要研究物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通常將需要研究的物體看作質(zhì)點(diǎn)，然后對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析討論物體的受力狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。牛頓力學(xué)從形成到逐漸完善，影響了廣大人民的觀(guān)念，人們使用另一種嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的觀(guān)念看待世界，探索大自然。牛頓力學(xué)具有其廣泛性也有其局限性，跟所有物理研究的方式極其類(lèi)似的是，牛頓力學(xué)在實(shí)際考慮物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)要有選擇地排除物理因素的干擾。文章以高中生視角對(duì)牛頓力學(xué)知識(shí)分析與闡述，并探究牛頓力學(xué)的發(fā)展史。

關(guān)鍵詞：牛頓力學(xué)；發(fā)展史；經(jīng)典力學(xué)；高中生視角

牛頓力學(xué)跟其他經(jīng)典物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)方式并沒(méi)有什么不同，都是采用控制變量法將不相關(guān)的因素進(jìn)行分析排除，不斷改變物理參數(shù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從而得出自變量與因變量之間的關(guān)系。而牛頓力學(xué)與其他經(jīng)典物理學(xué)在于它更多是對(duì)研究的物體進(jìn)行假設(shè)與分析，在不斷地假設(shè)中排除各種干擾因素，最后在一步步分析引導(dǎo)中得出答案。

一、牛頓力學(xué)研究的相關(guān)內(nèi)容

物理學(xué)根據(jù)研究?jī)?nèi)容的不同分為五大版塊，分別是聲、力、熱、光、電，牛頓力學(xué)屬于力學(xué)板塊，力學(xué)研究的主要內(nèi)容是對(duì)物體的受力狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)方式以及所受阻力進(jìn)行分析與判斷，牛頓力學(xué)在其中起到了理論性的指導(dǎo)意義。牛頓力學(xué)著重于對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變和物體所受力改變對(duì)物體本身造成的影響研究與分析。牛頓力學(xué)研究的相關(guān)內(nèi)容很多，以下將列舉三個(gè)方面：

1.根據(jù)物體受力以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷出其他力的大小。牛頓力學(xué)包括牛頓第一第二第三定律，其中第一定律認(rèn)為，當(dāng)物體不受力時(shí)，將保持靜止或者勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因此物理學(xué)中可以根據(jù)這個(gè)定律判斷物體所受某一個(gè)力的大小。舉個(gè)例子，七十五公斤的小明躺在床上靜止不動(dòng)，從而推斷出他受力為零，但地球上的所有人都受到地心引力的影響，計(jì)算得出小明所受的地心引力為七百三十五牛頓，推斷出小明受力為零并非不受任何力的作用，而是受力互相抵消，于是判斷出支持力為七百三十五牛頓，與地心引力相抵消。

2.分析作用力與反作用力。牛頓第三定律認(rèn)為，作用力與反作用力是互相存在的，并且必然會(huì)存在。比如小明拿雞蛋砸石頭，雞蛋會(huì)給石頭一個(gè)作用力，石頭也會(huì)給雞蛋同樣的作用力，兩種力方向相反，大小相等，雞蛋會(huì)碎掉是因?yàn)殡u蛋質(zhì)地柔軟，自身硬度不夠。假設(shè)只有作用力沒(méi)有反作用力，那么雞蛋會(huì)給石頭力，石頭絕不會(huì)給雞蛋力，因此無(wú)論小明使用多大的力道將雞蛋砸向石頭，雞蛋都絕不可能碎掉，這在現(xiàn)實(shí)生活中顯然是不可能發(fā)生的，作用力與反作用力的必然存在可以使人們研究物體的受力狀態(tài)。

3.判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。牛頓第二定律認(rèn)為，加速度與合外力方向是相同的，物體必將沿著加速度方向改變自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，牛頓第二定律將物體視為質(zhì)點(diǎn)，將質(zhì)點(diǎn)所受的力相互抵消，相互結(jié)合，最后只要是非勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或是靜止的物體都會(huì)受到假想?yún)s真實(shí)存在的“合力”影響。如小明體重735N，所受合力為735N方向向右，計(jì)算他的加速度為一米每二次方秒，如果他此前的奔跑方向直線(xiàn)向左，那么速度將不斷減少直到停止，最后往右邊加速奔跑，如果他此前的奔跑方向直線(xiàn)向右，那么速度將不斷增加。

二、牛頓力學(xué)的發(fā)展史

牛頓力學(xué)是牛頓經(jīng)典力學(xué)的簡(jiǎn)稱(chēng)，在物理學(xué)中有著無(wú)可比擬不可動(dòng)搖的權(quán)威地位。牛頓經(jīng)典力學(xué)并不僅僅局限于對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)方式以及受力情況進(jìn)行分析研究，還對(duì)能量的做功與轉(zhuǎn)換，能量的總體守恒提出了新的設(shè)想，這種設(shè)想最終得以證實(shí)，被廣泛運(yùn)動(dòng)到人們的生活與生產(chǎn)中。在十七十八世紀(jì)工業(yè)革命改造世界時(shí)，牛頓經(jīng)典力學(xué)為科技的進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，起到了不可磨滅的貢獻(xiàn)作用，對(duì)牛頓力學(xué)的發(fā)展史進(jìn)行研究分析，將其劃分為三個(gè)階段：

1.伽利略對(duì)物體所受的加速度與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究一直以來(lái)，人們對(duì)受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的理解非常有限，人們認(rèn)為物體質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)速度有直接并必然的聯(lián)系，而伽利略卻將信將疑，來(lái)回思索。某天伽利略作出大膽的假設(shè)，他認(rèn)為物體質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，也跟受力大小無(wú)關(guān)，人們不以為然，認(rèn)為他的想法非?；闹?。伽利略在比薩斜塔將十公斤與一公斤的鐵球同時(shí)放下，結(jié)果兩個(gè)鐵球同時(shí)落地，他用事實(shí)推翻了人們的誤解。按照以前人們的理解，十公斤的鐵球必然先落地，因?yàn)樗芰Υ蠡蛘哔|(zhì)量大，但實(shí)際上是萬(wàn)有引力產(chǎn)生的加速度一直作用在鐵球上，實(shí)驗(yàn)成功地消除了人們物理知識(shí)上的誤區(qū)。除此之外，伽利略還發(fā)現(xiàn)無(wú)論運(yùn)動(dòng)或靜止的物體都具有慣性。

2.開(kāi)普勒，哥白尼等科學(xué)家對(duì)數(shù)學(xué)與光學(xué)方面的研究牛頓經(jīng)典力學(xué)發(fā)展的第二個(gè)階段，這個(gè)時(shí)間段自然科學(xué)已經(jīng)逐漸完善，哥白尼著有《天體運(yùn)行論》，他用大量的數(shù)據(jù)論證得出地球并不是宇宙的中心，所有恒星與星辰的軌跡圍繞太陽(yáng)而變化，因此太陽(yáng)才是宇宙的中心，為牛頓萬(wàn)有引力的理論提供了理論依據(jù)。開(kāi)普勒通過(guò)大量數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)行的規(guī)律，同時(shí)對(duì)光學(xué)、數(shù)學(xué)也起到一定的貢獻(xiàn)。

3.牛頓集前人之長(zhǎng)，完善牛頓力學(xué)通過(guò)前人對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，天文學(xué)，數(shù)學(xué)，光學(xué)等進(jìn)行的研究與思想啟蒙，牛頓先是發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力，然后在研究物體的受力狀態(tài)這一過(guò)程中發(fā)現(xiàn)牛一牛二牛三定律。除此之外，他還對(duì)物體的能量進(jìn)行假設(shè)性論證，他認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的物體具備一定的能量，并在這個(gè)過(guò)程中不斷轉(zhuǎn)換能量的形式，但能量是一定守恒的。牛頓力學(xué)的假設(shè)性研究在整個(gè)經(jīng)典力學(xué)的體系中占據(jù)著至關(guān)重要的作用，被人們廣泛運(yùn)用到生活與生產(chǎn)中，促進(jìn)了科技的進(jìn)步與社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。

牛頓力學(xué)是現(xiàn)代經(jīng)典力學(xué)中的重要版塊，至今在物理學(xué)的研究中都有極為重要的指導(dǎo)與研究意義，在人類(lèi)物理學(xué)上起到里程碑式的貢獻(xiàn)。牛頓力學(xué)不僅對(duì)物體受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變進(jìn)行分析，還對(duì)物體做功與能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系進(jìn)行研究，牛頓在借鑒前人的基礎(chǔ)上逐漸完善，至今影響著人們的生活與生產(chǎn)方式。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳華.牛頓力學(xué)與現(xiàn)代物理[J].科技資訊.2006年9月endprint