牛顿三大定律排序之我见

黄新燕

摘 要：牛顿1866就创立了三大定律，而在20年后才发表，三大定律的排序一定是经过深思熟虑的。其理由应是：第一，牛顿第一定律定性地给出了力与物体运动及其变化之间的直接因果关系，而牛顿第二定律则在第一定律的基础上定量地阐述力与运动的关系，更加完善。第一定律和第二定律中均提到“力”的概念，在此基础上，顺理成章，第三定律具体阐述两个物体之间的力及其特点。第二，牛顿第一定律和第二定律分析的是一个物体力与运动的关系，而第三定律的是两个物体之间作用力与反作用力的关系，由一个物体到两个物体，由简单到复杂，一步一步地深入。

关键词：牛顿三大运动定律；内容；特点；排序理由

从事中学物理教学多年，每当讲授牛顿三大定律时笔者总是在思索一个问题：牛顿当年为何按现有的这一顺序去排序这三大定律呢？为何没将第二定律或第三定律排在第一呢？仔细剖析牛顿三大定律的内容及创作特点，谈谈笔者的看法。

牛顿1666年初创立了三大运动定律，他自己谦虚地说是站在巨人的肩膀上成功的，但牛顿喜欢思考问题，他会长时间地专注地想问题，直到得到他需要的答案，所以他所做的工作不仅是总结，更是赋予了明确的内涵。是什么力量导致了运动的改变呢？伽利略的斜面实验已研究这个问题，但牛顿又经过艰辛的思考和在大量实验的基础上将它进一步完善，得出了“一切物体在没有受到任何外力作用时，总保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。它定性地揭示了运动和力的关系，阐述力是改变物体运动状态的原因，同时明确了力和物体运动及其变化之间的直接因果关系，进一步可理解为力是产生加速度的原因。这条定律同时又确立了惯性的概念以及惯性与质量有关，所以牛顿第一定律是物理学中一条基本规律，也是牛顿物理学的基石。但它仅仅是定性地给出了力与物体运动及其变化之间的直接因果关系，在此基础上，顺理成章的问题是：力与运动的定量关系是什么呢？

牛顿第一定律告诉我们：物体的运动状态及其改变是由它所受的力决定的，而不是因为其他的因素；而运动状态改变的难易程度又与其自身的质量有关。于是，探究加速度与力、质量的定量关系就是自然而又十分必要的。牛顿第二定律则定量地确立力和运动之间的直接关系，即因果关系，指出了物体加速度a与物体所受合外力F成正比，跟物体的质量m成反比，即F合=ma，很显然，它准确地指出了F，m，a三者之间的定量关系，这是在牛顿第一定律的基础上创立的，故理应排序第二。

牛顿第一、第二定律中的“力”，是一个很重要的物理量，它是使物体改变运动状态的关键，那么它又因何而来？有什么特点呢？很显然牛顿第三定律解决了这个问题。牛顿第三定律：物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。它准确地描述了什么是力、力的产生原因及特点，即力是物体与物体的相互作用，物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，且作用在一条直线上。进一步明确了要改变物体的运动状态必须有其它物体与它相互作用，物体之间的相互作用是通过“力”来体现。可见，第三定律是在第一、第二定律的基础上创立的，它解决了第一、第二定律中“力”的概念及特点，更加明晰了作用力和反作用力间的关系，使之成为牛顿运动定律整体的一个基本组成部分，故应排序第三。

再看这三大定律，第一定律定性揭示一个物体运动和力的关系，第二定律定量揭示一个物体运动和力的关系，而第三定律解决了两个物体之间力的关系。这就是物理学研究问题的方法，遵从一定的逻辑关系，并由简单到复杂，由个别到普遍，一步一步地深入。天体运动中开普勒三大定律的排序不也是遵守这样的规律吗？所以，作为中学物理教师，我们在给学生传授物理知识的同时，不妨启迪学生，让他们高瞻远瞩，站在一定的高度去认识知识，给学生一种意识：人们对科学概念的认识是一步一步深入的。

牛顿在1666年就创立了牛顿三大运动定律，而在20后才发表《自然哲学的数学原理》公布了他的三大定律。牛顿是一位具有严谨科学思维能力的科学家，所以三大定律的排序显然是经过深思熟虑的。