问题导入

乘坐公交车，当汽车突然开动时，乘车人为什么会向后仰？而当汽车突然刹车时，乘客又会向前倾。这是怎么回事？

图2-5-1　紧急刹车

1.伽利略的理想实验

在两千多年前，古希腊哲学家亚里士多德（前384—前322）根据对物体用力推，物体就运动，停止用力，物体运动就慢慢停止的经验指出：力是维持物体运动的原因。这个错误观点，在亚里士多德后的两千年内没有人质疑过。直到17世纪，意大利著名的物理学家、天文学家伽利略（1564—1642），在可靠的事实基础上运用理想实验和科学推理得出：力不是维持运动即维持物体速度的原因，而是改变物体运动状态即改变速度的原因。

伽利略发现，物体沿斜面向下运动，越滑越快；物体沿斜面向上运动，越滑越慢。于是，伽利略想到，如果物体在没有摩擦的水平面上，物体一旦运动起来，应当快慢不变地运动下去。根据这一想法，伽利略设计了一个摩擦为零的理想实验。这个理想实验如图2-5.1所示，让小球沿着一个斜面静止开始滚下来，再滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球沿一个斜面从静止开始滚下来，再滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度［图2-5-2（a）］。伽利略推断，如果减小另一个斜面的倾角，小球达到原来的高度就要通过更长的路程［图2-5-2（b）］。逐渐减小另一个斜面的倾斜角，小球通过的路程就会越来越长……最终使另一个斜面成为水平面［图2-5-2（c）］，小球因再也达不到原来的高度，就会沿水平面以恒定的速度运动下去。

图2-5-2　伽利略理想斜面实验

伽利略的理想斜面实验虽然是想象的，但有可靠的事实基础。伽利略经过抽象思维，抓住主要因素，忽略运动中受到摩擦这一次要因素，从而揭示了自然规律的本质。

科学方法

理想实验

人们在科学实验中，为了排除次要因素的干扰，能在极度纯化和简单的状态下对研究对象进行研究。而在想象中塑造一个理想的过程，也称假想实验或理想实验。它是一种抽象的思维活动，是逻辑推理的过程。理想实验是在当时（受具体条件或因素限制）无法做到的实验，但它是以可靠的事实为基础的。理想实验是实际实验的延伸和发展，可以充分发挥理性思维的逻辑力量，让思想超越现实的科技水平和具体条件，在想象的空间中将实验进行下去。

理想实验的方法曾被许多物理学家使用，例如伽利略的对接斜面实验。爱因斯坦更是把它运用到炉火纯青的地步：“爱因斯坦火车”“爱因斯坦升降机”和“爱因斯坦转盘”等。

2.牛顿第一定律

牛顿在伽利略等前人研究的基础上，根据自己对力学的研究与总结，提出了著名的牛顿运动三定律。其中，牛顿第一定律内容为：

一切物体总要保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

物体这种保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质，叫作惯性。因此，牛顿第一定律又叫惯性定律。(www.daowen.com)

惯性是物体的固有性质　惯性只与物体本身有关，与任何外界因素如物体是否受力或处在何种运动状态等，都毫无关系。惯性依物体的存在而存在，且永远不会消失。一切物体都有惯性。

惯性是维持运动的原因　亚里士多德认为，力是维持物体运动的原因；而牛顿第一定律清楚地表明，一切物体因惯性总保持匀速直线运动或静止状态，物体一旦运动起来因惯性将继续运动下去，直到有外力迫使它改变这种状态。所以说，惯性是维持物体运动的原因，而力是改变物体运动状态的原因。

想想议议

汽车前排座位为什么都要配备安全带？

力是物体产生加速度的原因　通过前面的学习我们知道，物体静止或做匀速直线运动，叫作平衡状态。物体静止时速度为零，物体做匀速直线运动时速度为常量，即物体处于平衡状态时速度不变化，加速度为零。这种情况通常称为物体的运动状态没有改变。反之，一个物体的速度发生了变化，有了加速度，就称物体的运动状态改变了。牛顿第一定律阐明：物体受到外力的作用，运动状态必然改变，即速度发生了改变，有了加速度。例如，列车出站时，在牵引力的作用下由静止开始运动，运动状态发生了改变，速度不断增大，有了加速度。列车进站时，由于受到阻力作用，运动由快变慢，运动状态发生了改变，速度不断减小，产生了加速度。可见：力是改变物体运动状态的原因，是改变速度的原因，是产生加速度的原因。

动手做

装有水的杯子上放有一硬纸板，硬纸板上放一鸡蛋，如图2-5-3所示，迅速击打下面的硬纸板，鸡蛋有没有随着纸板运动？做做看并解释看到的现象。

图2-5-3

习　题

1.运用惯性，解释汽车启动、急刹车以及转弯时车内可能发生的现象。

2.匀速行驶在平直轨道上的火车车厢内的水平桌面上放有一个小球，当火车突然加速时，乘客能看到小球的运动吗？如果能看到，小球会向哪个方向运动？如果火车突然刹车，乘客又会看到什么现象？

3.关于运动和力的关系，下列说法正确的是（　）。

A.力是维持物体运动的原因

B.力是产生速度的原因

C.力是改变运动状态的原因

D.力是产生加速度的原因

E.力是改变速度的原因