牛顿第一定律教案精选(九篇)

第1篇：牛顿第一定律教案范文

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）06A-0084-02

在一次期末考试命题中有如下一道试题：

如右图所示，挂在天花板上的电灯，如果所受的重力和拉力突然同时消失，则电灯将（ ）.

A.向下做加速运动

B.向下做匀速直线运动

C.静止不动

D.条件不足，无法确定

经过跟踪了解，学生丢分很多，连尖子生也难于幸免。后来，笔者有幸先后多次在县、市、省级竞赛中听了这节课，老师上这节课的教学过程仍记忆犹新，对许多老师上这节课的教学过程、教学方法和教学效果有了初步的了解。本文将结合自己的教学实际，谈谈自己对《牛顿第一定律》的课堂教学的一些看法。

笔者认为，学生对《牛顿第一定律》的教学内容不理解、难掌握的原因主要有以下几个方面：

一、《牛顿第一定律》是初中物理的教学难点，其推理归纳出的规律和现实中的一些表面现象不相符。一方面，自然界中没有不受力的物体，让学生理解不受力的情况下物体的运动状态确实不容易；另一方面，现实中静止的物体在推力或拉力作用下运动起来，停止推或拉，物体就停止下来了，这让学生误以为不受力作用时，物体将静止不动；其三，《牛顿第一定律》不是一个通过实验就能归纳总结出的运动规律，而是一个在实验事实的基础上进一步推理得出的运动规律。所以，学生对《牛顿第一定律》自然难于理解和掌握。

二、各种版本教材的编写给老师留下了较大的发挥空间，但多数老师没有很好地整合和开发教材资源，没能完整地对《牛顿第一定律》的形成过程进行全程的探究、推理、归纳，因此，学生没有机会经过探究亲身经历《牛顿第一定律》形成的各个过程，导致学生对《牛顿第一定律》的内容理解不深刻，也就谈不上灵活应用了。

各种版本的教材中，只对运动物体不受外力作用时的运动规律进行探究实验，在此实验现象的基础上通过推理归纳出《牛顿第一定律》，即：一切物体在没有受到外力的作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。笔者以为，在沪科版第127页图7-4实验基础上，进一步推理只得出以下结论：一切运动的物体在没有受到外力的作用时，总保持匀速直线运动状态。而静止状态下的物体不受外力作用时，其运动规律如何？课本中没有进行针对性的探究，学生对静止物体没有受到外力作用时的运动规律当然不得而知。所以，对“一切运动的物体在没有受到外力的作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态”中的“静止状态”难于理解是情有可原的。不仅如此，笔者还认为，用这种方法给出《牛顿第一定律》反而干扰了学生对《牛顿第一定律》内容的理解，明明只对运动物体不受外力作用时的运动规律进行探究，只得出运动物体不受外力作用时，物体将做匀速直线运动，而定律中的“静止状态”又是怎么回事？细心的学生自然会对突然冒出的“静止状态”犯糊涂，对牛顿第一定律的理解不到位也就理所当然了。为此，笔者认为，教师应引导学生对原来静止的物体不受外力作用时的运动规律进行探究，让学生体验《牛顿第一定律》形成的全过程，在此基础上，归纳出原来静止的物体不受外力作用时的运动规律，学生才能真正理解并掌握其内涵，得心应手地应用牛顿第一定律解决实际问题。

示例探究

如右图，鱼受到重力G和绳子拉力F的作用。当F>G时，图中鱼将 （填“向上”或“向下”）加速运动；当F

分析上述探究的问题得出结论：静止物体不受力的作用时，物体将保持（静止）状态。

综合运动物体和静止物体不受外力作用时的探究结果可得：物体不受力的作用时，原来运动的物体将保持（匀速直线运动）状态，原来静止的物体将保持（静止）状态。这一规律任何物体都适用。

归纳总结，加深理解：一切物体在没有受到力的作用时，总保持（匀速直线运动）状态或（静止）状态。这就是著名的牛顿第一定律。

三、没有引导学生对《牛顿第一定律》中关键词语的含意进行深入挖掘，加深理解。在《牛顿第一定律》的内容中，“保持”是该定律的关键词，其含意是：原来运动的物体在没有受到力的作用时将做匀速直线运动，通俗来说就是：原来运动的物体现在还继续运动，原来静止的物体将继续保持静止状态。学生在理解了这个意思的前提下，才能正确判断物体在没有受到力的作用时，处于什么运动状态。

而“惯性”这个概念在着重理解“保持”这个关键词的前提下，还得对“惯性”这个词语进行通俗解释，“惯”就是习惯的意思，“性”就是性质的意思，所以，“惯性”就是“习惯的性质”，结合到物体的运动状态就是：原来运动的继续保持运动，原来静止的继续保持静止。

四、课堂上没有开展针对性的练习，以加深学生对所学知识的理解和应用。课堂练习是检验教学效果的一种重要方法，通过练习能及时了解学生对所学知识的理解和应用情况，对教学中存在的不足也能及时得到弥补和纠正，同时，还能让学生在应用中加深理解。课堂教学中，由于本节课的教学容量较大，加上执教教师在各教学环节中的时间安排不当，没有多少时间留给学生进行针对性训练，学生对如何应用牛顿第一定律以及惯性知识解决实际问题的能力难于形成。但“学以致用”是我们的教学目标，课堂中应该及时给学生提供应用牛顿第一定律以及惯性知识解决实际问题的机会，让他们将抽象的概念“返回”到具体的物理现实中去，使他们在运用概念解决具体问题的过程中加深理解和掌握。此外，教师还应注意合理安排时间，精讲精练。

五、没有注意引导学生归纳出利用牛顿第一定律以及惯性知识解决实际问题的方法。判断一个物体在没有受到力的作用时的运动情况，其实很简单，首先要明确物体原来处于什么运动状态，是静止还是运动，若静止，则物体不受力的作用时将保持静止状态；若运动，则物体不受力的作用时将做匀速直线运动。可见，利用牛顿第一定律解决实际问题的步骤是：①首先明确物体原来所处的运动状态；②根据牛顿第一定律的“动者恒动，静者恒静”进行判定。如本文开头例题中的电灯原来是静止不动的，在不受力的作用时，电灯将保持静止状态不动，所以，其答案应为C。又如2015年四川宜宾市物理中考试题第3题：一颗正在竖直向上飞行的子弹，如果它受到的一切外力同时消失，那么它将（ ）。

A.先减速上升，后加速下降

B.沿竖直方向做匀速运动

C.立刻停在空中

D.立刻向下加速运动

该题中子弹原来是运动的，当其所受的一切外力都同时消失时，子弹将做匀速直线运动，故答案选择B。

第2篇：牛顿第一定律教案范文

上课前将印好的材料（牛顿第一定律得出历程、相关案例等）分发给学生。

（一）新课导入

回顾有关知识，利用多媒体展示“火车进站”、“自由摆动的秋千”、“地面上滚动的足球”视频，思考：这些运动的物体为什么会停止运动呢？为学生埋下质疑伏笔，并告知学习本节课后能够解释。引出主题：力对物体运动的影响。

（二）案例分析与讨论

首先阅读教师事先准备好的发现牛顿第一定律历史资料，为方便分析，利用多媒体将案例材料展现出来，教师和学生一起研读，并对亚里士多德简单介绍，说明其是伟大的哲学家，教育家，让学生对亚里士多德有正面认识。然后提出问题：关于力与运动的关系，亚里士多德的观点是什么？举例说明。学生做出概括性的总结，即物体受了力才能运动，不受力，运动的物体就会停下来。这时有学生表示这种观点是不正确的，教师不急于评价，而是让学生举例说明亚里士多德观点的“正确性”。许多学生都举出用手推粉笔盒，粉笔盒运动，手不推就停止运动诸如此类的例子，说明学生已经掌握亚里士多德的观点。接下来提出质疑，这种观点是正确的吗？学生纷纷表示不正确，那为什么你们还举出相应例子说明呢？这时，有的学生说那是摩擦力在作祟，顺利引出伽利略关于力与运动关系的研究材料。教师向学生展示伽利略进行试验研究的模型图，请学生讨论后简单描述这个模型的理念及实验过程，学生在作答时，强调从同一高度无初速度释放小球，经过下降和上升的过程，将图中右侧的两个倾斜面的运动情况进行对比分析。这些学生比较清楚，但是对于平面上的情况不太理解，这时教师阐明这就是理想实验的魅力，伽利略认为将斜面放平后球将永远滚动下去，用一句话描述就是：力不是维持物体运动的原因。从这个理想实验的模型中学生还没有真切地体会到摩擦力所起的作用，这时让学生根据提供的仪器材料设计实验，明确摩擦力在运动中所起的作用，各小组都对组员进行分工，设计并记录小车从同一材质同一高度静止释放后在毛巾、棉布及光滑的木板上的运动情况，最终得出摩擦力确实影响着物体的运动情况。然后引导学生关注笛卡尔总结的观点（事先已发放材料），方便与后面的牛顿第一定律进行对比研究。紧接着对事先发放的案例材料进行讨论分析，其内容是：高速公路上匀速直线运动的汽车突然刹车，未系安全带的小女孩被甩出去，而坐在旁边的胖叔叔则没有。很多学生就此有类似体验，加上初中就已经对惯性有所了解，在看过材料后讨论分析时，学生就已经说出都是惯性惹的祸，教师进而引导学生总结出惯性的概念，并根据小女孩和胖叔叔的状态归纳出：惯性与质量有关，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。

（三）规律习得

在上述通过自主学习对案例进行分析和讨论的基础上，引导学生总结牛顿第一定律。学生的总结都是围绕物体保持匀速运动状态或静止状态展开，但是在具体表述上还是存在许多弊病，教师就此进行引导修正，最终给出牛顿第一定律的精确表述：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

（四）总结巩固

为加深学生对牛顿第一定律的理解，教师引导学生回答定律表述中“逗号”前表述什么含义，“逗号”后又表述什么含义。学生因为充分体验探究过程，所以回答很贴切，此时教师进行总结归纳，并要求学生运用牛顿第一定律解释在“新课导入”环节中提出的物理现象。

二、结语

第3篇：牛顿第一定律教案范文

一、牛顿第二定律教学存在的问题

牛顿第二定律是高中物理教学的重点内容，知识点并不复杂，学生理解起来不难，但在实际教学中学生对于牛顿第二定律的理解、掌握和应用却总是差强人意，存在这样那样的问题.第一，学生参与牛顿第二定律实验比较盲目，往往弄不清实验的目的，实验中学生的思维、步骤等只会跟着老师来，有时甚至跟不上.例如，使用打点计时器时，先要用一张空白的纸带进行小车运动的匀速测试，很多学生不明白这样做的意义，这就给学生准确理解牛顿第二定律埋下了隐患，如果小车在没有加砝码的情况下非匀速运动，那就证明合力需要考虑多方面因素，这样会影响实验的准确性.第二，实验过程中学生好奇心较重，对于知识学习的目标认识不足.一方面，学生对于加速度、力、质量之间的关系没有形成探究意识，也未对物体的运动产生兴趣；另一方面，学生对于牛顿第二定律内容的理解和应用几乎是空白，觉得实验就是印证F=ma，把这个公式记下来就好了.体现了学生对物理知识学习的消极、被动心态.第三，学生的探讨、研究能力不足.学生对实验有很大兴趣，但缺乏对实验目的的探索，以至于物理教学的能力目标难以实现.如实验中对实验数据的整理、研究几乎都需要老师带着做，否则就不能当堂完成实验内容，第四，学生不愿做题，不愿求证知识理论的正确性，在作业环节表现的极为被动，要不拖时间，要不乱写，要不参考学习好的学生写的.总之作业难以反映出学生学习的真实状态.

二、牛顿第二定律教学的设计与实践

针对以上问题，教学中可以把牛顿第二定律的教学设计为四个部分：学习目标；应用知识的目标；掌握探讨、研究问题的方式方法；作业布置和学后总结.按照常规的教学设计，学生参与教学的行为比较被动，教学中缺少自己的思想、缺少探讨问题、解决问题的决心，很多学生只跟着老师做实验，看着公式做实验、做习题，对于牛顿第二定律的理解、探究意识不足.因此，教学设计，第一，要激发学生探究问题的兴趣.如利用提问法设计问题：什么情况下物体（一定质量）的运动状态会发生改变？学生会想到“力”，从而对物体运动状态改变的原因进行深入思考、分析.第二，结合生活实际引导学生向研究合力与质量的方向靠近.如，在平滑的地面上推一个桌子，将你一个人推桌子运动的速度与你和父亲一起推桌子运动的速度做比较；如果将桌子换成椅子，还由你一个人来推，你用的力和物体的速度会有什么变化？在实际生活中，推桌子、椅子等是常见的行为，学生容易联想到牛顿第二定律中力和质量两个重要因素.第三，启发学生研究问题、解决问题.如，提问过程中学生发现物体的运动与合力、质量有关，那么这个关系到底是怎样的，应该怎么研究？这可启发学生对问题进行广泛地思考，以寻求解决的模式.教学中还可以将物理教学与数学教学联系起来，引导学生通过物理现象研究物理问题.如，研究函数往往会通过几个点研究变量之间的关系，那么物体的运动能不能也应用这种方法进行研究？可以引导学生先假设一个量不变，研究另一个变量的变化.这样的引导，使学生的思维模式及时发生转变，会积极的调动自己学习过的所有知识对牛顿第二定律中力和质量两个变量进行研究.不仅有效地拓宽了学生的思维，使学生学会研究物理问题的方式、方法，有利于学生养成探究式学习习惯.第四，在牛顿第二定律教学活动中，教师要尽可能少动手，多让学生实践.如，对实验数据的总结、分析，老师最多“动动嘴”就行，而且即使“动嘴”也不能直接告诉学生公式、定律，要引导从分析数据得出定律，加深学生对知识的印象和认知.作业的布置应偏重于学生对实验的理解和掌握，在此基础上再安排知识的应用训练，确保学生对牛顿第二定律全面、深入地理解.

三、牛顿第二定律教学的反思

第4篇：牛顿第一定律教案范文

在教学中要重过程，就要将备课重点由原来的讲练，变为根据知识的形成过程有效地启发学生思考、探索研究的设计，获取知识、组织知识和运用知识的有效步骤和方法，学习“假设实验理论”的物理学研究问题的基本方法。

在教学中，教师要遵循着物理方法的脉络，有意识地引导学生将物理教学的着眼点转移到培养学生正确的科学方法上。先提出命题，一般从新的观测事实或实验现象提炼出来，如观察现实生活中物体受力与运动状态的关系。再推测答案，答案可以有不同的层次，可建立物理模型，用已知原理和推测对现象作定性的解释，根据现有的理论知识进行逻辑推理和教学演算，以便对现实作出定量的解释。如在牛顿第二定律的教学中，可以先让学生由实例推测出加速度a与M、F的关系，再进行实验检验。物理研究的基础是实验，所以，做好牛顿第二定律的演示实验非常重要。课本上的实验简单，效果明显，具有直测性、准确性、科学性。在实验中，要让学生了解在客观世界的研究中，物理运动规律受很多变量因素的影响，必须要用简化情景的方法创造一个环境，尽量减少非必要因素的干扰。如怎样减少摩擦，实验中砝码的质量应远远小于小车的质量，小车所受的拉力近似等于砝码的重力等。同时，控制变量，控制物质变化的过程，以更有利于发现其中固有的自然规律。如在实验中保持小车的质量不变，研究加速度a与外力F之间的关系；保持F不变，研究a与m的关系。数据处理上采用表格和图像两种方法进行定量研究，将实验与数学结合起来，演绎出规律的数学表达式。物理实验的可重复性保证了所得结论的科学性，结论一旦再用数学公式表达，就可保证它能够随时随地应用于实际。这样，学生通过自己的观察和实验积累经验，之后在经验事实的基础上再建立起物理模型，用建立的物理模型解决实际生活和学习上的问题，体现知识和方法是始终紧密结合的，既使学生自己能完成学习上的任务，又掌握了获取知识的方法。

在教学过程中，教师要注意培养学生描绘物理图像，建立空间想象力，建立理想化物理模型的能力。如在牛顿第一定律的学习过程中，学生直接观察到，在演示实验中，小车从斜面滑下，在水平面上运动一段后停止，接触面越粗糙，小车越快停下来，此实验反映了阻力的大小对物体的运动有直接的影响。但定律的叙述是“不受外力作用”时物体的状态，而不受力的物体客观上是不存在的。要想消除学生对这一问题的思维障碍，就先要引导学生描述理想的物理图景，让学生根据观察到的现象，平面越是光滑（摩擦力就越小），小车从斜面上滑下以后，在水平面上运动的距离就越远。引导学生想象“如果物体不受外力作用或受外力作用之和为零”，即“物体在一个光滑无限长的水平轨道上运行”的情景，学生就自然而然地得出了“物体总保持静止状态或匀速直线运动”的结论。这样，学生会知道，现在所得到的实验结论，是牛顿、伽利略等几代物理学家通过大量的实验，想象、推理、归纳、总结出的重要的方法，既可培养学生要细心、耐心的科学实验精神，积极地思维、大胆地猜想，又可培养学生科学学习和科学实验的素质。

在物理教学中穿插一些物理学史的学习，它能为物理的教育教学提供丰富的、生动的、活生生的素材。如在牛顿第二定律的教学中穿牛顿对自然科学的发展作出的贡献、牛顿的科学研究方法等……学习物理学史能使学生较全面而系统地体会科学方法，了解跟它有关的物理事实，物理学家用什么方法，经过怎样的思考来探索这些知识，有利于学生建立科学的思维方式。

在教学中，教师要使学生清楚地了解某一概念是从哪些物理现象中抽象概括出来的，是怎样的思维过程和方法，引导学生从本质上认识物理规律，避免机械记忆，在不断发现问题和解决问题的过程中，理解和掌握物理规律和含义。同时，教师适当通过练习检验学生对规律的理解程度，纠正错误的认识，提高学生的理解能力、分析和解决问题的能力。

第5篇：牛顿第一定律教案范文

一、教材分析

牛顿第二定律在高中物理教学中占有重要地位，这一知识点既是重点也是难点.该定律作为联系力和运动的桥梁，要求学生对匀变速运动规律、物体受力情况的分析和对各种力的求解熟练掌握，同时要求学生能在“知道受力求解物体运动状态参量”和“知道物体运动状态参量求解受力”之间灵活转换.

在《普通高中课程标准实验教科书 物理 （必修一）》中，将这一定律的教学分解为3节：影响加速度的因素（第二节）、探究加速度与力、质量的定量关系（第三节）、牛顿第二定律（第四节）.这样就把难点分解，使学生从感性认识到理性分析，从定性了解到定量计算，逐步深入，更容易掌握牛顿第二定律这一重要规律的本质意义.

而本章的课堂演示实验在课堂教学的过程中充当着相当重要的作用.做好这个实验，能让学生在上节课定性了解“加速度、力和质量的关系”的基础上更进一步从定量的角度去理解牛顿第二定律的数量关系及三个物理量之间的逻辑关系.

二、实验方案及其对比

图1方案1： 这是教材中的方案.如图1，将打点计时器固定长木板远离滑轮的一端，不可伸长的轻质细线跨过光滑的定滑轮后一端固定钩码，另一端与小车相连.纸带穿过打点计时器的限位孔，拉紧纸带使小车紧靠打点计时器.

实验步骤：1.平衡摩擦力.不挂钩码，逐渐垫高木板没有滑轮的一端，接通打点计时器电源，轻推小车，直到纸带上留下的点迹间隔均匀.2.在细线一端挂上适量的钩码，拉紧纸带，接通打点计时器电源，释放纸带.记录钩码的质量m、计算小车的加速度a.3.不改变小车质量，适量增加钩码的个数，重复第2步几次.4.在满足m

在这个方案中，为了数据记录的方便，采取了近似的手段——小车所受合外力F近似等于钩码重力mg，但实际上F

对小车和钩码分别作受力分析，如图2所示.

对小车和钩码分别应用牛顿第二定律

图2图3从以上分析可知，小车真正的合外力是细线的拉力T，mg比T大.在Microsoft Excel软件中根据以上公式计算出细线拉力T，以加速度a为纵坐标，分别以钩码重力mg和细线拉力T为横坐标，作出散点图如右图所示.由图可见，a-T图是一过原点的直线，而a-mg图则明显偏离，且mg越大，mg与合力T之间的偏差越明显.若小车质量M=500 g，当mg=50 g时，偏差已达10%，这种“近似”明显不合理.

由数据分析可知，当m

但在实际操作中发现，有如下三个问题：

1.若m过小，由于滑轮的摩擦力未在“平衡摩擦力” 步骤中计入，小车不能被拉动.

2.若加速度过小，本实验无论采取打点计时器还是位置传感器，在计算加速度时都会出现较大的偶然误差而令实验结果大受影响.

3.本实验在学生认知的过程中起到重要的作用，它是学生理解“加速度的影响因素”及“加速度如何受到力、质量的影响”的实验依据，如果实验中采用了“近似”地记录合外力，必然影响实验的可信性.

方案2：如图4，利用动滑轮及力传感器，直接测量细线的拉力.使用位置传感器测量小车的加速度.

图4实验步骤：1.平衡摩擦力.2.将细线的一端连结小车，跨过定滑轮和动滑轮后与力传感器连结.3.将钩码悬吊在动滑轮下，牵引小车使动滑轮靠近定滑轮.4.开始采集数据，释放小车.5.记录力传感器示数的平均值F，在Logger pro软件中求出位置传感器示数的斜率，即为小车的加速度a.6.改变钩码的个数，重复步骤3～5多次.7.分别以小车的加速度a、所受的合外力F为纵坐标和横坐标，画出a-F图.

相对方案1，钩码的质量无须再测量，在平衡好摩擦力的前提下，可以认为力传感器测量的数据即为小车真正的合外力，无须再“近似”.

但应用该方案2进行“探究加速度与质量的关系”时，由于细线的拉力会随着小车质量M的改变而改变，因此，小车所受的合外力并不是严格的一个恒力.

方案3：如图5， 将研究对象从小车改为小车与钩码所组成的整体.

图5实验步骤：1.测量钩码及小车的总质量M、每个钩码的质量.2.将部分钩码Δm放在小车上，平衡摩擦力.3.将步骤2中的剩余钩码m挂在悬线末端，牵引小车直至钩码靠近定滑轮，开始采集数据，释放小车.4.记录小车加速度a、钩码质量m.5.将小车内的钩码Δm转移到悬吊的钩码下，重复步骤3、4.6.分别以加速度a、钩码的重力mg为纵坐标和横坐标，画出系统的a-F图.

据上面的分析，只要不改变钩码、小车的总质量，只将钩码从小车上转移到悬吊的钩码下，便可在保证系统总质量不变的情况下改变其所受合外力.本方案适合演示“探究加速度与质量的关系”，但需向学生说明该实验的研究对象是钩码及小车.

以上三种方案，各有优缺点.第一种方案，优点是装置简单，演示的规律性强，缺点是有较明显误差；第二种方案，优点是误差极小，缺点时对器材要求较高；第三种方案，优点是装置简单，缺点是需要引入“系统”这一课程标准外的概念.

第6篇：牛顿第一定律教案范文

不仅如此，牛顿文化活动的两种结果——科学学说与宗教学说，其后世的文化地位是非常不同的。牛顿在人类文化发展史上以近代力学的集大成者名垂于世，科学使他获得了崇高地位。他的宗教学说则无此殊荣，远不及科学学说那么幸运。至少到目前为止，关于牛顿的宗教学说仍然众口不一，微词不绝于耳。纯粹的科学论者视牛顿的宗教思想为累赘、束缚，甚至看作神经不正常的产物；正统的神学家则认为牛顿的宗教思想是一种伤害宗教利益，反对上帝的异端。牛顿宗教思想的文化意义问题并没有真正得到解决。

因此，牛顿学说作为一种文化现象具有特殊的意义。本文把牛顿学说中科学与宗教以一种特殊方式结合起来，而两者的文化结局极为悬殊，所获得的评价极为不同的现象称为牛顿文化现象。本文即是从文化价值论和整体论角度对牛顿文化现象进行的初步探讨。它试图以牛顿的双重文化价值观对牛顿文化现象作出新的解释。同时，作为这一解释的逻辑结果，文章也顺带说明牛顿的双重文化价值观是科学主义的价值论前提。

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为了比较的方便，我们通过牛顿对科学价值问题的回答来探究牛顿的文化价值观。牛顿对“科学的价值是什么”的问题给出了两种回答。首先是科学性的回答。牛顿说：“自然哲学的目的在于发现自然界的结构和作用，并且尽可能把它们归纳为一些普遍的法则和一般的定律。”〔2 〕牛顿在另外的场合从比较微观的意义上也讲了类似的意思：“从现象引出两三条一般的运动原理以及随后表明怎样从这些明了的原理得出一切有形体的事物的性质和作用，将是哲学〔即科学〕上的一个十分重大的步骤，尽管这些原理的原因尚未发现”〔3〕。不过， 科学的目标又不限于具体的事物。牛顿在《自然哲学的数学原理》的序言中这样宣称：“从运动现象去研究自然界的力，再从这些力去验证其它现象；书中第一、第二卷的一般命题就致力于这个目标。在第三卷中我们阐明了世界体系，作为这方面的一个例子。……我希望我们可以用同样的推理，从机械的原理推演出其余一切自然现象。”〔4〕所以， 按照牛顿的理解，科学的价值是认识整个自然。罗素在回顾近代科学发展时重复了牛顿的这一看法，他说：“理论科学是企图了解世界的科学”。 〔5〕牛顿对科学价值的回答是近代的标准式回答，这一回答的内容和表述形式都使人感到并不遥远。

但是，牛顿的第二种回答令人听起来就有几分陌生。他在1693年曾直言不讳地说：“写作《原理》的目的，是向思索着的人们灌输上帝存在的信仰。”〔6 〕牛顿在《光学》一书中指出：“自然哲学的主要任务，是从现象出发，而不臆造假说，从结果推到原因，一直推出最初的第一因，这第一因肯定不是机械的。……从现象中不是可以看出有一位神吗？他无实体，却生活着，有智慧而无所不在。〔7〕这里， 牛顿明白无误地肯定，科学具有认识第一因，坚定上帝信仰的价值。

按照牛顿的观点，科学的价值一则是认识自然，掌握自然规律；一则是推出上帝的存在，维护对上帝的信仰。这两者从近现代的科学观看是那么的水火不相容，而在牛顿这里好象是并存不悖。

牛顿不仅以明确的语言陈述了双重文化价值观，而且以自己的文化活动体现了这一价值观。已有的统计资料可以说明，从17世纪60年代到18世纪前十年，牛顿在每个时代的研究写作活动不仅有科学方面的，而且有宗教方面的。也就是说牛顿对科学问题和宗教问题的文化兴趣基本上贯彻一生，并无明显的断裂特征。在每一个时间段里，牛顿的文化活动总是既有科学性，也有宗教性。虽然两者相互渗透的痕迹存在，但总的看，牛顿文化活动的指向不是一个，而是两个。这是他的双重文化价值观的一种表现。

牛顿的双重文化价值观还突出地表现在文化价值活动的结果方面。他对整个世界的文化解释是双重的，既有科学性的解释，也有宗教性的解释，二者构成对世界的完整说明。

从微观世界看，上帝对物质质点的创造与质点运动的规律是互补的。牛顿说：“上帝在开头把物质造成固实、有质、坚硬、不可贯穿、而可活动的质点，它们的大小、形状以及其它性质与其对空间的比例，都最适合于上帝创造它们时所要达到的目的。……这些质点不但有一种惯性以及由此自然产生出来的被动的运动定律，它们并且为一些主动的原理所推动，”这些原理“是自然界里决定物体形式的普遍定律。”〔8〕

从宏观世界看，行星与太阳的相对位置和相对运动也由上帝的第一推动和引力规律的结合予以解释。牛顿在《自然哲学的数学原理》第一版中说：“上帝将各行星安置在离太阳的不同距离上。”〔9 〕至于它们的动因，牛顿解释说：“如果把地球（不连月球）放在不论何处，只要其中心处于轨道上，并且先让它停留在那里不受任何重力或推力的作用，然后立即施一个指向太阳的重力，和一个大小适当并使之沿轨道切线方向运动的横向推动；那么，按我的见解，这个引力和推动的组合将使地球围绕太阳作圆周运动。”但是，“没有神力之助，我不知道自然界中还有什么力量竟能促成这种横向运动。”〔10〕

在牛顿的时代，牛顿文化现象不是一种孤立的现象。“十七世纪中叶所有合格的科学家与差不多所有的哲学家，都从基督教的观点去观察世界。宗教与科学互相敌对的观念是后来才有的”。〔11〕亚沃尔夫也从世俗态度与宗教态度统一的角度描述了这一现象，他说：“对自然现象抱世俗态度并不一定排斥对世界抱宗教态度。……近代科学的先驱者们实际上都笃信宗教，事实上都是基督教的忠实儿子”。〔12〕

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一个科学家的群体，为什么对科学问题既抱着世俗态度又持有宗教态度？一个杰出的科学家，为什么对宇宙问题给出了科学和宗教的双重解释？这种文化现象对于在科学占主导地位甚至可以说在科学一元文化空间中生活的人是难以理解的。然而，这对于生活在二元或多元文化空间中的人来说，却是一种正常的文化现象。他们尽管可能在某些时候、在某些问题上感到困惑，出现一些矛盾，　但总的来说却赋予这种双重文化现象以某种统一性。牛顿就是这方面的典型。

牛顿的双重文化价值观在认识论方面是统一的。　这种统一性集中表现在：科学发现的自然规律就是上帝赋予自然的秩序，认识了自然规律就是认识了这一秩序本身，从而也就在某种程度上认识了上帝。牛顿曾直截了当地宣称：“要在宇宙的物理秩序及道德定律中寻找神的自然真理”〔13〕“根据生生息息的诸种现象来考察上帝，不言而喻，是自然哲学的对象”。〔14〕在牛顿这里，自然规律就是上帝真善美的具体体现。

在牛顿的学说中，牛顿还进一步试图给双重文化价值观以本体论的基础。牛顿说：“一个永恒的、无限的、全智的和最完美的却无支配权的神，不是上帝，而是自然……上帝的神性最好不由抽象的概念，而由现象，由它们的最终原因来证明”。〔15〕这里，自然与上帝的多数特征是统一的，相差的是支配权；而这支配权是由最终原因来说明的。对于自然与上帝在第一因上的区别，牛顿——按照后人的解释——是通过自然神论予以协调统一的。如贝尔纳所说：牛顿给了世界一种机制，“这一机制是按简单自然定律来操作，不需要继续加力，而只要神灵插手创造它，并使它起动”。〔16〕这样，宗教的价值由上帝作为其价值源泉，科学的价值由自然作为其价值源泉，二者在其源头是上帝与自然的某种统一。

与双重文化价值观在认识论和本体论方面的统一相契合，宗教文化与科学文化在其外部关系上也是对接的。按牛顿的理解：宗教文化是“从人类知识的顶点才能看到的境界，而不是人类知识的基础；它们是科学的终点，而不是科学的开始”。〔17〕

所以，上帝与自然的某种统一，上帝秩序与自然规律的某种统一，宗教价值与科学价值的某种统一，乃至宗教文化与科学文化的某种统一，在牛顿这里是集于一身的。牛顿是上帝和自然之间的中介。上帝因为牛顿找到了自己在自然界的表达；自然界因为牛顿找到了走向上帝的通道。

牛顿的双重文化价值观不是偶然的文化现象。它是一种文化传统的产物，有其文化史方面的渊源。历史上以明确的方式在比较抽象的层面上首先协调宗教和理性关系的，是生于西班牙的回教哲学家阿威罗伊。他提出“双重真理说”企图解决这一问题。在阿威罗伊之后有迈蒙尼德斯，他试图调和亚里士多德哲学和犹太神学。到阿奎那时实际上表达了某种双重文化价值观。知识来源在他那里有两个：一是宗教启示，二是人类理性，两者形成了统一的结果。他的《神学大全》就是囊括宗教教义与理性知识于一体的神学体系。

双重文化价值观到了近代对牛顿产生了直接的影响。近代人们做了许多努力试图把科学与基督教教义调和起来。牛顿“在这些问题上的观点在很大程度上是受亨利莫尔、罗伯特玻义耳和伊萨克巴罗等人的影响。”〔18〕

牛顿的双重文化价值观还有其历史的基础。牛顿双重文化价值观就其现实基础而言，建立在新教与近代科学的某种统一性之上。美国社会科学家默顿曾这样判断：“新教伦理学和资本主义精神一样能推动科学的发展，在17世纪英国特定的环境下不能认为科学和宗教之间仍然处于敌对的关系”。〔19〕

新教与近代科学在以下方面是一致的：第一，两者都诉诸于个人理性。路德提出“因信称义”说，认为信徒个人可以象教皇一样解释圣经，从而使个人理性成为决断自己信仰的权威。“同样，早期的近代科学家也不理会古代哲学家和中世纪经院哲学学者的体系，而从自己的经验中寻求科学真理，按自己的理解解释世界。”〔20〕如托马斯斯普拉特所说：“一个把改革放在宗教里，另一个通过哲学达到改革的目的。……一个求教于圣经，另一个求教于自然界这本巨著。”〔21〕第二，新教与科学以目的与手段相结合的方式统一起来。例如，“为了宗教的目的而动用科学被17世纪加尔文教派看成是一件重要事情，尤其是英国的清教徒总强调宗教的职责是做‘有益的事情’，并把科学活动看作是一种对人类有益的工作。”第三，新教与近代科学有相通之处。近代科学认为自然有其自身的规律，科学就是发现这些规律。加尔文教派则要求人们生活井然有序，合乎规律。清教徒约翰普雷斯顿径直宣布：“上帝不改变自然规律”。

牛顿正是在上述新教与近代科学相统一的文化背景下成长起来的。许多研究者对牛顿的新教特点作了多方面的刻画。可以断定，牛顿的双重文化价值观打上了深深的时代烙印。

3

虽然牛顿的双重文化价值观体现了某种统一性，虽然文化传统和时代条件为这种统一提供了可能，乃至形成了后人所说的“牛顿物理学——神学体系”，〔22〕但这不等于说，在牛顿这里科学文化与宗教文化没有什么区别。如果是这样，近代自然科学与宗教文化逐渐分离的事实和趋势，以及牛顿作为近代自然科学集大成者的地位都无法得到解释。事实上，牛顿是努力在科学文化与宗教文化之间的某个区段上为两者划一条界限的，只不过这个界限并不一般地划在科学理性与宗教信仰之间，而是主要划在科学与神学之间，或更准确地说，划在科学与经院哲学的论证之间。

一般而言，神学论证主要由方法和解释所构成。按照牛顿的观点，信仰与科学是可以相容的，但是科学与神学的方法和解释却是对立的；对上帝的信仰必须坚定不移，但是在自然的范围内，接近和信仰上帝的方法以及由此获得的解释都应该是科学的，而不应当是神学的。正是基于这种立场和工作，自然科学的独立地位才有可能真正确立。

牛顿认为：自然科学发现规律的方法是“用观察和实验来建立这些规则，从而推导出事物的原因和结果。”〔23〕牛顿说：“在实验哲学上，我们把用一般的归纳法从现象推导的命题，看作准确的或很接近于真实的。”〔24〕“由做实验、观察和用归纳法从其中得出普遍的规律”〔25〕的方法是分析法。以这种经过实验验证的普遍规律为基础“推证其它的结构”的方法是综合法。〔26〕牛顿的方法是分析与综合的统一，而它的基本特色无疑是分析法。这正是牛顿方法与经院哲学方法相区别的地方。

经院哲学方法的要害是把未经现象证明的东西作为原理，把实验无法验证的东西作为一般出发点去说明自然现象。例如，经院哲学以亚里士多德的质料因、目的因去说明自然现象，笛卡尔以以太旋涡去说明自然现象，都属于这种情形。牛顿称这种方法是“编造假设”。他宣称：“我避免假设，不论是力学的还是神秘的质，它们是有害的，并且不会产生科学。”〔27〕牛顿评价说：这种方法“告诉我们任何事物都具有一种神秘的特殊性，而事物就是靠这种特殊性起作用，并产生明显效果，这样说等于白说。”〔28〕

基于两种方法的差别，牛顿在对自然作出解释时基本恪守自己的方法。以重力研究为例，牛顿说：“迄今为止，我们已经用重力说明了天空和海洋，但是我们尚未确定这种力的原因，……对我们而言，重力实际上存在，并按我们已经阐述的定律作用，而且对于我们说明天体和海洋极为有用，就足够了。”〔29〕到了1717年，牛顿仍然声明：“我未把重力看作物体的一种本质属性。我已经增加了一个与原因有关的问题，以一个问题的方式把它提出来，因为我对它尚不满意，还需要实验”。〔30〕

与此相对照，神学家本特利的解释是：“万有引力是肯定存在于自然界的；它超出一切机械论物质原因之上，而且是从一个更高的原因或神圣的能力与影响中产生出来的”。〔31〕这一解释按牛顿的观点即属于在实验哲学中无地位的假设，是一种靠不住的前提。

以实证分析的方法为基础，牛顿也不同意对具体的自然现象作唯灵论和目的论的具体解释。克拉克在解释引力时说：“我们必须假定有一种非物质的灵魂，按一定的规则支配物质。这种非物质的力在物体内是普遍存在的，它无所不在，无时不在”。〔32〕按照牛顿的观点，这就是一种无法通过实验验证的唯灵论观点。牛顿一方面竭力使自己的科学方法和解释与经院哲学区别开来，认为后者对于科学是无用的，甚至是有害的。另一方面，牛顿又将自己的实证科学与宗教信仰统一起来。这种统一不是通过神学提供的启示方法和目的论、唯灵论等解释，而是通过实证分析和数学力学的解释达到的。认识、接近和信仰上帝，在自然现象的范围内，必须通过实证科学，这是牛顿的结论。正是在这一点上，牛顿使自己的学说与传统神学挥手告别，从而奠定了自己在近代文化中的特殊地位。

4

在基本厘清牛顿双重文化价值观的内涵及其内部关系后，我们进而转向这种价值观的文化作用与功能。

牛顿双重文化价值观对宗教文化的影响既是限制性的，又是维护性的。其限制性表现在：上帝的文化幅射面和幅射方式改变了。上帝虽然在社会生活的领域依然故我，但在自然现象的范围里却大踏步地后撤。如果说它仍然存在着，也主要以第一创造或第一推动者的身份而存在着；如果继续颂扬它无所不在的话，那么它的这种存在也主要体现为数学或力学的规律，后者实际上已是一种科学文化的形态。不过，牛顿同时也是宗教信仰的忠诚维护者。“牛顿是一个正统的基督教徒，相信有一个第一原因。……对于牛顿来说，承认上帝在宇宙中的存在和影响，不止是对大众信仰的忍让。它是他的思想的攸关重要的部分，深深地影响了他的观点。”〔33〕

牛顿双重文化价值观对于宗教文化的内在作用既是解构性的，也是建构性的。牛顿在文化整体上割裂了上帝与自然的直接联系，创造了相对独立的科学文化，原有的神学论证与上帝信仰的联姻关系被破坏了。宗教文化的原有体系解构了。但同时牛顿又以一种新的方式把上帝与自然、上帝的秩序与自然规律协调起来，建构了一种新的宗教一科学型文化。

牛顿双重文化价值观的双重作用同样也体现于对科学文化的影响之中。这是它的影响更为重要的方面。

首先，双重文化价值观赋予自然科学以某种神圣性。近代科学文化的崛起，不仅取决于这种知识的逻辑性、实证性和实效性，而且也取决于这种知识文化的某种神圣性。从历史背景看，在一个宗教文化的大背影下，科学文化如果没有一点神圣性，充其量只不过是某种器用性的附属物，不可能迅速成长起来，获得主体性的地位。从文化价值论来看，一个文化价值体系的生成，不但要有价值的论证和价值推广，而且首先要有价值的选择和推崇，这三方面的要素缺一不可。牛顿的科学文化开始就有某种价值的神圣性，这种神圣性建立在科学与宗教的特殊关联上。在牛顿这里，科学是认识、接近上帝的一种途径，是与上帝直接相关的神圣事业。上帝是神圣的，体现上帝存在的力学规律也是神圣的。牛顿所营造的文化氛围，不仅是实证的，也是神圣的。

牛顿双重文化价值观对科学文化的影响也表现为为科学发展提供巨大的精神动力和热情。荻原明男曾指出：牛顿的“杰出的‘数学’综合能力和丰富的‘实证’精神，是他对宇宙秩序深深依赖的两个媒介。在某种意义上可以说，这是一种‘宗教’感情。这正是17世纪产生近代世界图景的根源性的原动力。”〔34〕牛顿所以具有坚韧不拔的研究精神，是因为“信仰”的支撑。荻原明男认为，象牛顿一样，这种“信仰”也鼓舞着开普勒、伽里略、笛卡尔、惠更斯等近代科学家，这是他们“唯一的、共同的、强有力的推动力”。〔35〕

关于宗教性的感情和态度对科学的影响，爱因斯坦也给予了充分的肯定：“宇宙的宗教的经验，来自于科学的天空之背后，是最强有力、最崇高的经验。没有艰巨的努力和献身精神，科学思考开拓者的创造是不可能产生的。……对于宇宙的无限合理性无限依赖，而且，对宇宙中出现的无论多么微小的理性闪光也渴望理解，这些，开普勒和牛顿是一定具备的。”〔36〕

牛顿双重文化价值观对科学文化的影响还表现在对自然的解释及其研究方法上。

如上所述，牛顿对自然现象有两种解释：一种是科学的，另一种是宗教的。到牛顿这里，自然解释虽然已经以力学体系的形式出现，但这一解释又是不自足的，需要宗教性的解释予以补充。对科学方法的影响也是如此。一方面它强烈地支持实证方法的出现；依据这种方法，科学的划界以实验观察的验证为基础。另一方面，它又助长牛顿在构筑科学体系时寻求绝对的立足点，上帝的绝对性以逻辑的某种形式出现。如牛顿所说：上帝“由于始终存在和无所不在，因此他构成持续和空间”〔37〕“可以毫不夸张地说，牛顿的绝对运动、空间和时间等概念在很大程度上是他受莫尔和巴罗影响的神学观点的结果。”〔38〕双重文化价值观对科学范畴和方法的渗透影响已见一斑。

在进行了上述分析后，我们可以厘清牛顿双重文化价值观对科学文化的最重要的一种影响：牛顿双重文化价值观是科学主义的价值论前提。科学主义作为对科学的一种崇拜，从价值论的角度说，它的形成既要有世俗的价值基础，也要有天国的价值依据。牛顿力学是自然科学的近代综合，它不仅形成了完备的体系，而且它的文化解释力与社会应用的效果都是令人叹服的。这种史无前例的、真正奇迹般的成功有可能造成一种“宗教性的气氛。”〔39〕牛顿的文化价值观中无疑包含着导致这种结果的内在因素。

但是，仅仅这些条件还不足以解释为什么恰恰在牛顿之后，科学如此迅速地成为一种被崇拜物，甚至要被拥戴为一种牛顿教，从而开科学主义之先河。这里非常重要的一个因素是，在牛顿双重文化价值观之中就存在着天国价值的内在因素，存在着从对上帝的崇拜转向对科学崇拜的逻辑项链。这里，价值让渡的内在环节是：既然力学数学定律是上帝赋予的秩序的体现，那么对上帝的崇拜就可以转变为对这种规律的崇拜。这是牛顿文化价值观的特殊之处，是它所以能成为科学主义价值论前提的内在原因。换言之，牛顿的双重文化价值观与科学主义具有内在的文化逻辑关联。这是我们研究牛顿双重文化价值观的当代文化意义。不胜其烦的实证研究不仅要给牛顿文化现象一个新的解释，而且也是要给当代科学主义思潮一个新的文化诠释。

5

对牛顿双重文化价值观的研究，实际上是从文化价值论的特定视角，通过对牛顿文化现象的个案研究来重新探讨宗教文化与科学文化的关系，或者更一般地说，探讨不同文化形式之间的关系。这些关系具有很现实的文化实践意义，也具有一般文化学的意义，值得我们作进一步的文化反思。

宗教文化与科学文化在历史上无疑有着某种矛盾性的关系。这种矛盾曾经表现为宗教文化对科学文化的排斥、压制，甚至残酷的扼杀。布鲁诺1600年在罗马鲜花广场被火焚，伽里略1663年在罗马宗教法庭被宣判，都是典型的例证。到牛顿这里，他也承受着来自宗教方面的攻击和压力。贝克莱主教用上帝意志批驳牛顿的万有引力定律。莱布尼茨指控牛顿提出绝对时空是无视上帝。这种压力之大，以致牛顿到了风烛残年还要申辩：“本人对主的敬意有一种朴素的宗教信仰，将不会陷入莱布尼茨阴险设下的罗网。”〔40〕这些说明，一种新文化类型的出现，“需要为争取自己的生存权利而斗争。”〔41〕

但是，我们同时也看到，不论在科学史的研究中，还是在一般文化的研究中，仅仅以相互斗争为线索来论述科学与宗教的关系是不够的。两者还有相互统一的一面。这种统一性是复杂的，在不同的历史时期、不同的国家，对于不同的文化人物来说，其内容和形式是不同的，需要进行具体的研究。牛顿的情形表明：宗教文化的某些部分可能与科学文化处于尖锐的对立之中，但另外一些部分与科学文化却是可以相容的。在牛顿这里就存在着这种相容的具体形式。不仅如此，宗教文化的某些部分可能对科学文化的发展还起了刺激、启发、推动的作用。上帝是宇宙主宰的思想促使人们赞同这样的观念，即上帝井然有序地安排了一切事物，从而使人们想到自然规律的存在。上帝的无所不在，无时不在同样也刺激启发了绝对时间与空间的观念，成为牛顿建构自己力学的一个基础。这些都表明，宗教文化是近代科学发展的一个重要条件。如格斯玛特所说，虽然我们不能说神学思想是正确的，但它“事实上可能是科学兴起的一种必要的因果条件。”〔42〕

宗教与科学文化的统一性还需要放在更大的文化幅面里去考虑。从文化学的角度看，文化整合是不同文化类型或成分形成统一体的重要形式。人类文化的每一次大综合，实际上都是文化整合。人们常说的牛顿完成了近代力学的大综合，实际是说他将力学整合为一个体系。这实际只是牛顿文化整合的一个方面。如本文所论述的，牛顿还有将科学与宗教相整合的一面。这是更大范围的文化整合。这一整合深刻地影响了康德，后者以哲学的形式继续了这一工作。但是，这种整合在近代的文化承，尽管一直很有影响，但它得到的批评似乎多于对它的肯定。近代 以来，人类文化场中的主要变化是科学文化的迅速崛起壮大。科学文化处在与原来主体文化——宗教文化逐步分离、对峙甚至企图取而代之的态势中。很自然，人们观察科学与宗教关系的参照系是科学场，而不是更大的文化场。按照辩证法的语言说，科学对宗教的关系仍然处于否定性的阶段，还不是否定之否定的阶段。康德的文化总结显得为时太早。在科学的凯旋声中，科学主义的声音越来越响，人们很难想到科学文化还需要与其它文化结盟。这些情形，是由文化发展的历史条件所决定的。人们只能基于他们当时所处的那种文化背景来考虑问题。

但是，随着现代文化综合趋势的明显出现，随着各种文化形式的文化域的相对确定和互补性的增强，原来的以近代科学为参照系的文化单向维度观察与分析就显得非常的不够。文化，愈来愈象一个家族，而不是一个单身汉。在这种情形下，牛顿与康德所作的文化整合——虽然他们整合本身的合理性需要分析和讨论——就有了新的特殊意义。这是一个时代性的论题，也是一个可能上升为人类一般文化学的论题。这里，人们有希望对人类的整体文化获得一种新观念，并由此建造一种新的更加有利于人类生存和发展的文化园林。

文化整合，重要的是文化价值体系的整合。本文对牛顿双重文化价值观的分析对此已经有所说明。没有价值性的整合，其它逻辑和功能性的整合就缺乏内在基础的统一性。因此，从文化价值论的角度去探讨文化整合，在文化学的范围内具有根本的意义。它既是我们研究精神文化整合的一般线索，也是精神文化与社会存在之间的中介环节。一般而言，解决此类文化整合问题，要在文化结构上解决以下三个层面的问题：不同文化形式之间的价值观整合；与价值观密切相关的文化解释之间的整合；文化解释应用空间的相互整合。不过，对这些问题的阐述已经远远超出了本文所允许的范围。本文只是想说，如果牛顿在自己的文化实践中已经进行了这方面的尝试，提出了这样一个重大的文化课题，那么，在一百多年后的今天，当人类文化走向21世纪的大综合时，我们有必要从文化理论上予以回答。 　参考文献

〔1〕阎康年著：《牛顿的科学发现与科学思想》， 湖南教育出版社，1989年版，第561—562页。

〔2〕〔23〕H.S塞耶，《牛顿自然哲学著作选》，扉页，上海人民出版社，1974年版。

〔3〕Opticks， 3rd ed， P.337， 转引于亚沃尔夫《十六、 十七世纪科学、技术的哲学史》，商务印书馆1985年版，第755页。

〔4〕、〔7〕、〔8〕、〔11〕、〔13〕、〔17〕、〔26〕、〔31〕、〔32〕转引于丹皮尔《科学史》，商务印书馆，1975年版，第248 、252、246—247、219、254、251、245、253—254、253页。

〔5〕罗素《西方哲学史》下卷，商务印书馆，1983年版第4—5页。

〔6〕大沼正则，《科学的历史》，求实出版社，1983年版，第109页。

〔9〕、〔40〕F.E.Manuel， The religion　of　Isaac　Newton，Oxford， (1974)， P.31， 79.

〔10〕H.W.turnbull， The Correspondence of　Isaac　Newton，Vol. Ⅲ， (1961)，P.240.

〔12〕、〔18〕、〔33〕、〔37〕、〔38〕亚沃尔夫《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》，商务印书馆1985年版，第8、744、 756、758、756—757页。

〔14〕瓦尔特尔霍利切尔《科学世界图景中的自然界》，上海人民出版社，1965年版，第65页。

〔15 〕、〔27〕A. R. Hall　and　M. B. Hall， unpunishedScientific Papers of Isaac Newton， (1978)， P363、360.

〔16〕J.D.贝尔纳《历史上的科学》，伍况甫译， 科学出版社， 1981年版，第278页。

〔19〕见萧kūn＠①焘主编《科学认识史论》，江苏人民出版社，1995年版，第404页。

〔20〕、〔21〕、〔22〕、〔28〕斯蒂芬.F.梅森《自然科学史》，上海人民出版社，1977年版，第163、163、175、188页。

〔24〕I.Newton， Principles， (1947)， P399—400.　转引出处同注⑴，第469页。

〔25〕I.Newton， Opticks， (1931)， P404， 转引出处同注( 24)，第473页。

〔29〕Isaac Newton， Principles， 1974， P546—547.

〔30〕I.Newton， Opticks， 1931， Pxxix.

〔34〕、〔35〕、〔36〕友松芳郎主编《综合科学史》，陈云奎译，求实出版社，1989年版，第88、89、90页。

〔39〕伊拉卡托斯《科学研究纲领方法论》，上海译文出版社，1986年版，第298页。

第7篇：牛顿第一定律教案范文

知识目标

1、在开普勒第三定律的基础上，推导得到万有引力定律，使学生对此定律有初步理解；

2、使学生了解并掌握万有引力定律；

3、使学生能认识到万有引力定律的普遍性（它存在宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其它作用力）．

能力目标

1、使学生能应用万有引力定律解决实际问题；

2、使学生能应用万有引力定律和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题．

情感目标

1、使学生在学习万有引力定律的过程中感受到万有引力定律的发现是经历了几代科学家的不断努力，甚至付出了生命，最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的．让学生在应用万有引力定律的过程中应多观察、多思考．

教学建议

万有引力定律的内容固然重要，让学生了解发现万有引力定律的过程更重要．建议教师在授课时，应提倡学生自学和查阅资料．教师应准备的资料应更广更全面．通过让学生阅读“万有引力定律的发现过程”，让学生根据牛顿提出的几个结果自己去猜测万有引力与那些量有关．教师在授课时可以让学生自学，也可由教师提出问题让学生讨论，也可由教师展示出开普勒三定律和牛顿的一些故事引导学生讨论．

万有引力定律的教学设计方案

教学目的：

1、了解万有引力定律得出的思路和过程；

2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律；

3、掌握万有引力定律，能解决简单的万有引力问题；

教学难点：万有引力定律的应用

教学重点：万有引力定律

教具：

展示第谷、哥白尼，伽利略、开普勒和牛顿等人图片．

教学过程

（一）新课教学(20分钟)

1、引言

展示第谷、哥白尼，伽利略、开普勒和牛顿等人照片并讲述物理学史：

十七世纪中叶以前的漫长时间中，许多天文学家和物理学家(如第谷、哥白尼，伽利略和开普勒等人)，通过了长期的观察、研究，已为人类揭示了行星的运动规律．但是，长期以来人们对于支配行星按照一定规律运动的原因是什么．却缺乏了解，更没有人敢于把天体运动与地面上物体的运动联系起来加以研究．

伟大的物理学家牛顿在哥白尼、伽利略和开普勒等人研究成果的基础上，进一步将地面上的动力学规律推广到天体运动中，研究、确立了《万有引力定律》．从而使人们认识了支配行星按一定规律运动的原因，为天体动力学的发展奠定了基础．那么：

(1)牛顿是怎样研究、确立《万有引力定律》的呢？

(2)《万有引力定律》是如何反映物体间相互作用规律的？

以上两个问题就是这节课要研究的重点．

2、通过举例分析，引导学生粗略领会牛顿研究、确立《万有引力定律》的科学推理的思维方法．

苹果在地面上加速下落：(由于受重力的原因)：

月亮绕地球作圆周运动：(由于受地球引力的原因)；

行星绕太阳作圆周运动：(由于受太阳引力的原因)，

(牛顿认为)

牛顿将上述各运动联系起来研究后提出：这些力是属于同种性质的力，应遵循同一规律；并进一步指出这种力应存在于宇宙中任何具有质量的物体之间．

3、引入课题．

板书：第二节、万有引力定律

(1)万有引力：宇宙间任何有质量的物体之间的相互作用．(板书)

(2)万有引力定律：宇宙间的一切物体都是相互吸引的．两个物体间的引力大小，跟他们之间质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．(板书)

式中：为万有引力恒量；为两物体的中心距离．引力是相互的(遵循牛顿第三定律)．

（二）应用（例题及课堂练习）

学生中存在这样的问题：既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的，哪为什么物体没有被吸引到一起？（请学生带着这个疑问解题）

例题1、两物体质量都是1kg，两物体相距1m，则两物体间的万有引力是多少？

解：由万有引力定律得：

代入数据得：

通过计算这个力太小，在许多问题的计算中可忽略

例题2.已知地球质量大约是，地球半径为km，地球表面的重力加速度．

求：

（1）地球表面一质量为10kg物体受到的万有引力？

（2）地球表面一质量为10kg物体受到的重力？

（3）比较万有引力和重力？

解：（1）由万有引力定律得：

代入数据得：

（2）

（3）比较结果万有引力比重力大．原因是在地球表面上的物体所受万有引力可分解为重力和自转所需的向心力．

（三）课堂练习：

教师请学生作课本中的练习，教师引导学生审题，并提示使用万有引力定律公式解题时，应注意因单位制不同，值也不同，强调用国际单位制解题．请学生同时到前面，在黑板上分别作1、2、3题．其它学生在座位上逐题解答．此时教师巡回指导学生练习随时注意黑板上演算的情况．

（四）小结：

1、万有引力存在于宇宙中任何物体之间(天体间、地面物体间、微观粒子间)．天体间万有引力很大，为什么？留学生去想（它是支配天体运动的原因）．地面物体间，微观粒子间：万有引力很小，为什么？它不足以影响物体的运动，故常常可忽略不计．

2、应用万有引力定律公式解题，值选，式中所涉其它各量必须取国际单位制．

（五）布置作业(3分钟)：教师可根据学生的情况布置作业．

探究活动

组织学生编写相关小论文，通过对资料的收集，了解万有引力定律的发现过程，了解科学家们对知识的探究精神，下面就是相关的题目．

第8篇：牛顿第一定律教案范文

物理规律（包括定律、定理、原理和定则等）是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。它是中专物理基础知识最重要的内容，是物理知识结构体系的枢纽。因此，规律教学是中专物理教学的中心任务。怎样才能搞好规律教学呢？本人经过多年的物理教学，总结出了有关规律教学的一些见解。

1物理规律的类型

中专物理规律主要分为以下三种类型

1.1实验规律物理学中的绝大多数规律，都是在观察和实验的基础上，通过分析归纳总结出来的，我们把它们叫做实验规律。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等。

1.2理想规律有些物理规律不能直接用实验来证明，但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析，去掉非主要因素，抓住主要因素，推理到理想的情况下，总结出来的规律，我们把它叫做理想规律。如牛顿第一定律。

1.3理论规律有些物理规律是以已知的事实为根据，通过推理总结出来的，我们把它叫做理论规律。如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的。又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。

2物理规律教学的基本方法

在中专物理规律的教学过程中，不仅要让学生理解掌握规律本身，更重要的是如何应用规律来解决具体问题。为此，对不同的物理规律应采用不同的教学方法。

2.1实验规律的教学方法

2.1.1探索实验法。探索实验法就是根据某些物理规律的特点，设计实验，让学生通过自己做实验，总结出有关的物理规律。

例如在牛顿第二定律的教学中，让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系使学生得出：在质量一定的条件下，加速度与外力成正比；在外力一定的条件下，加速度与质量成反比的结论。在此基础上，教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系，得出牛顿第二定律。

采用探索实验法，不但能使学生将实验总结出来的规律，深刻理解、牢固记忆，而且还能充分调动学生学习的主动性，增强学习兴趣，更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法。

2.1.2验证实验法。验证实验法是采用证明规律的方法进行教学，从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题，将物理规律直接告诉学生，然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论，验证物理规律。

在“力的合成方法”的教学中，采用如下的方法和步骤：①复习旧知识引入新课题，提出问题．以天花板上的吊灯受力分析为例，可用一根绳子吊住灯，使它不向下掉；也可用两根绳子吊住它。用一根绳子吊灯时，灯受一个拉力作用；用两根绳子吊时，灯受两个拉力作用。可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同。

提出问题：“合力与分力二者间有何关系？”

②将平行四边形定则明确告诉学生。

③让学生通过实验验证平行四边形定则，再在此基础上，进行理论探讨，得出合力大小与方向的表达式。验证实验法的最大特点是学生学习十分主动。这是因为在验证规律时，学生已知问题的答案，对于下一步的学习目的及方法已经清楚，所以更加有的放矢。

2.1.3演示实验法。演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验，引导学生观察，根据实验现象，师生共同分析、归纳，总结出有关的物理规律。

如在“焦耳定律”的教学中，可采用如下的方法：

①根据日常生活和生产实际经验，分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关。

②研究方法：控制变量法。当电流I、时间t相同时，研究电热Q与电阻R的关系。当电阻R、时间t相同时，研究电热Q与通电时间t的关系。

③通过演示实验找出Q与I、R和t的关系。这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度。我们采用先进的教学设备——实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上，让全体学生都能看到温度计液柱的变化。由实验得出结论：当I与t一定时，R越大，Q越大；当R与t一定时，I越大，Q越大；当I与R一定时，t越大，Q越大。

④根据演示实验结论，分析得出焦耳定律。这种方法要充分发挥演示实验的作用，增强演示实验的效果。

2.2理想规律的教学方法理想规律是在物理事实的基础上，通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。因此在教学中应用“合理推理法”。如在牛顿第一定律的教学中，要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验，发现平面越光滑，摩擦阻力越小，小车滑得越远。如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下，小车则将永远运动下去，且速度不变，做匀速直线运动，从而总结出牛顿第一定律。又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的。

2.3理论规律的教学方法理论规律是由已知的物理规律经过推导，得出的新的物理规律。因此，在理论规律教学中应采用“理论推导法”。如在“动能定理”的教学中，教师提出问题：质量为m的物体在外力f的作用下，由速度v1，经过位移s，达到速度v2。请学生运用所学的知识，找出外力所做的功跟物体动能变化的关系。学生在老师的指导下，根据牛顿第二定律和运动学规律，都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式。

3物理规律教学中应注意的问题

3.1要深刻理解规律的物理意义

3.1.1从理论上解释实验规律，做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律。如玻意尔定律是实验定律，也可以从分子动理论来解释它，做到理论与实验相统一。

3.1.2要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式。如ρ＝m/v，对同一物质而言，不能说密度跟质量成正比，跟体积成反比。因为同一物质的密度是不变的。

3.1.3要引导学生总结物理规律间的相互联系，以便更深入的理解物理规律。如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系；动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等。

3.1.4要充分认识物理规律中各个物理量的物理意义。如F=ma中的F指的是物体所受的合外力；在E=ΔΦ/Δt中，要区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义；又如在a=Δv/Δt中，要区别v、Δv、Δv/Δt的物理意义。

3.2注意物理规律的适用范围物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的，只能在一定的范围内使用。超越这个范围，物理规律则不成立，有时甚至会得出错误结论。这一点往往易被学生忽视，他们一遇到具体问题，就乱套乱用物理规律，或者盲目外推，得出错误结论。因此，在物理规律教学中，要引导学生注意物理规律的适用范围，使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。

3.3注意物理规律之间的联系有些物理规律之间是存在着相互关系的。以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例，两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是说物体不受外力时做什么运动，第二定律是说物体受力作用时做什么运动。第一定律是第二定律的基础，没有第一定律，就不会有第二定律。虽然第一定律可以看成是第二定律的特例，但不能去掉第一定律。

4运用物理规律解决实际问题

在规律教学中，要指导学生运用物理规律去分析和解决具体的物理问题，在使用中进一步加深对物理规律及其物理意义的理解。

4.1培养学生运用物理规律解决实际问题的能力

例题的作用就是示范性，通过对例题的分析，总结出解决问题的思路、方法与步骤，引导学生应用物理规律解决实际问题。如牛顿第二定律的应用可分为3个方面：

（1）由力F求加速度a；

（2）由加速度F求力a；

（3）由m=F/a来解释惯性与质量的关系。

针对上述3种情况，可以各设计一个典型例题，指导学生运用牛顿第二定律解决实际问题，从而达到培养学生运用物理规律解决实际问题的能力。

4.2强化训练学生运用物理规律解决具体问题的能力

第9篇：牛顿第一定律教案范文

关键词:惯性；存在；时间；空间

惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性问题也是经常被物理学界讨论的一个话题（1）。可是，尽管经典力学经过了漫长的发展时期，大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性（2），本文试从几个方面对惯性进行了讨论，望引起大家的共识。

一、惯性的意义

大家知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质（3）。一个物体，只要不受外力作用，原来静止的就会一直静止下去，而原来运动的则会一直作匀速直线运动。这里的问题在于：惯性是否是物体的性质？依据牛顿第一运动定律，任何物体均具有惯性。因而，看来惯性不是被研究物体的性质，因为这一性质是一切物体所具有的，也就是说它与物体的个别特征无关。因而，惯性只能是存在的一个特征，是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。换一句话说，它是存在于物体周围的一种条件，一种约束。

二十世纪初，德国数学家诺特尔（4）证明了：空间平移对称性导致动量守恒、空间转动对称性导致角动量守恒、而时间均匀性导致能量守恒。事实上，物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而它与个别的特殊研究对象无关。惯性不是个别存在物的性质，个别存在物只是惯性的显现者，惯性的本质与个别存在物的特性无关。从而我们就不能用反映个别存在物性质的量（例如质量）来测度惯性。因为惯性作为存在的一种显现，并无大小可言，它只是存在之状态的表达。

二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关

通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由：质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。而事实上物体运动状态是否变化，物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。惯性所揭示出的物体之性质不在于其使（或抗拒）物体运动状态的改变或代表改变的难易程度的能力，而在于它的保持某种特定状态（静止或匀速直线运动）的本领：在最相似的物之间，错觉说着最巧妙的谎；最小的罅隙是最难度（5）。因而惯性与物体的质量无关。倘若惯性与物体的质量有关的话，则我们也可以说力与惯性也有关系。因为对于相同质量的物体而言，力越小其运动状态就越难改变。因而，也即力越小物体的惯性越大。事实上，在惯性概念发展的最初时期，牛顿就将惯性与力进行等价的思考，当然现在大家知道牛顿的把惯性等同于力的思想是错的了。如果要说质量与惯性确有联系的话，作者以为也只能从这样的一个视角来看：惯性是由其表现物体周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。这是因为，根据广义相对论，空间的性质是由天体质量的分布所决定的。至于时间，自从奥古斯丁（6）提出“什么是时间？”以来，人们还没有认清它的真面目，也因而从更深的层次上而言，人们只认识到什么是惯性而还没有搞清惯性是什么。

惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因（诚然，所有物体均会表现出惯性），它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映，事实上，它是存在之美感的绽开。因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”（7）这样一种说法就是不当的。因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本分析而来的，在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。其实，惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质，它使物体的存在行为非常简单，而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。静止的永远静止，运动的永远作匀速直线运动，惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的，作者以为均属一种不当的诡辩行为。可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书（8），我们来看一些下面的例子。

例1．惯性也有不利的一面，高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。所以，在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。（9）

在这里，不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大？略作思考，读者就可判断出是由于后者。将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。而发生交通事故的真正原因是，由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。

并且，这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。

例2．把斧柄的一端在水泥地面上撞击几下，斧头就牢牢地套在斧柄上了，这是什么缘故呢？（10）

通常标准答案是这样的：开始斧头和斧柄同时向下运动，当斧柄遇到障碍物时突然停止，而斧头由于惯性保持原来的运动状态，这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。

事实上，斧头在斧柄上套牢是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移，而惯性不是克服某种阻力使斧头运动的原因。在此问题中的一个效果是斧头相对于斧柄产生了某种（克服一定力的）运动，因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动的实质。当以斧柄为参照时，实际上斧柄在撞击的过程中是一个非惯性系，它相对于惯性系有一个向上的加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下的“惯性力”，正是此力与斧头的重力克服了斧头与斧柄之间的弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移，从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢的问题，那么可以这样认为：虽然斧头在斧柄上向下套牢的过程中没有受到除重力以外的向下的另外力，但相对于地面而言斧头具有一定的动能和重力势能，正是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看，一是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移，二是斧头与斧柄的接触面上在发热。

如果仅从动力学的角度来看，斧头在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小与作用时间（或所通过的位移）所共同决定的，也就是说它和斧头相对于斧柄的动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只是使斧柄产生了相对于水泥地面的较大的动量变化率，从而也使斧头具有了相对于斧柄的惯性力。但是，虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上的直接原因，可严格地说，斧头在斧柄上套得牢不牢的原因还和斧头的重力及斧柄的弹性和斧头与斧柄的摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时间也大有关系，因而，撞击“几下”也是一个非常重要的条件。

例3．小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被档板制动时，车上的木块向右倾倒。这是怎么回事呢？（11）

教科书上的答案是这样的：小车突然停止的时候，由于木块和小车之间的摩擦，木块的底部也随着停止，可是木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态，所以木块向右倾倒。

事实上，本例中小车上木块的倾倒是由于力矩作用的缘故。若以地面为参照物，小车对木块的摩擦力对木块的重心而言有一个顺时针旋转的力矩，从而木块向右倾倒。若以小车为参照物，小车被档板制动时已是一个非惯性系，作用在木块（重心）上的“惯性力”对木块的底端也产

生一个使木块作顺时针旋转的力矩。

需要指出的是，在上述例2和例3中，斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已是一个涉及物体在非惯性系中的动力学的问题。其中例2是非惯性系中的质点动力学问题，而例3则是非惯性系中的刚体动力学问题。可是，在非惯性系中，我们通常意义上所论述的牛顿第一定律已不成立，从而也失去了此两例的代表意义。也就是说，这两个例子不仅是不准确的解释而且是不适当的例子。在涉及惯性的问题上我们必须分别那些是属于惯性现象，而那些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿的例子，毫无疑问是正确的（12），但我们许多的物理学工作者却将惯性对事物的解释范围作了相当随意而并不恰当的扩展或扭曲。其实在讲述惯性时，用不着举更新鲜的特别例子，倒是需指出惯性使我们对事物常态的存在方式太熟视无睹了。这里问题的关键在于，惯性不是使物体改变运动状态（使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒）的原因。严格地说，这些原因和物体的惯性无关，只和力有关，而至于火车制动得及时不及时，斧头套在斧柄上牢不牢，小木块倾倒得快不快，则不仅与力有关，还和物体的质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。

惯性，这个我们通常认为是由物体内在因素决定的性质，其实是物体存在方式的一种条件性：“试取汽车为参考系统来研究‘当汽车急剧刹车的时候，车中乘客有向前倾倒的倾向’这个问题，在汽车急剧刹车前，相对于汽车而言，乘客是静止的，在汽车急剧刹车时，乘客突然向前倾，这就是说，以汽车为参考系统，乘客由静止而突然向前倾，并不保持其静止状态，并不表现出惯性”（13）。这个条件就是：物体要表现出惯性，它必须处于惯性参考系中。而“事物的存在顽强地延续维持不变,无论运动是快是慢抑或停止。”（14）也只在惯性系中才成立。在研究物体的运动学与动力学问题时，惯性系总有着特殊的地位。可是，这个特殊地位的存在并不单单是人类抽象理性的功劳,并不是人类贪懒和间集化的一个报应，惯性系的存在有其形而上的基础：自然之美的呈现及人对自然之美呈现体认的同一性。如果没有了存在的时间均匀性与空间对称性，我们选取的相对于地面作匀速直线运动的参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形的怪胎。惯性系不仅在计算上向人类提供了联系物体的相互作用与相对运动的便利方式，其更根本的是它使人与存在的关系成为审美性的。惯性定律给我们的启示是：存在是美的。而惯性系则是自然对人的一个馈赠。也因而，我们应当从审美的视角来看待惯性，而不应当将它看成一个恶魔或一件便宜货。

所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈，可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性——也就是说，把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候，对学生的这一期望是合适的吗？其实这是一个误区：当教完一些物理学的基本概念与规律以后，就要求学生用它们解释自然现象。事实上，物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象，它没有这个功能，它只是告诉我们要去感受些什么，它提供给我们的不是一种推理的方式，而是一个判断的原则：它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。

三、惯性定律与牛顿第二定律的关系

当物体所受的合外力为零时，从牛顿第二定律可知物体处于静止状态或作匀速直线运动。可是，仅依据这一点却不能认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的一个特例。因为这两个定律的论述对象其实是不一样的。牛顿第二定律的研究对象是一个物体，而牛顿第一定律论述的是整个存在的性质。惯性——这个任何物体均具有的性质其实不是我们的个别研究对象所具有的性质，因为这个“任何物体”，包括了天地间的万物，而万物的总称（15）即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今来曰宙”.也即任何个别的物体都不可能无条件地具有惯性：惯性是存在的特性，是存在着的时空的特性，是宇宙的特性。

其次，牛顿第二定律是关于个别物体因果性的规律，而牛顿第一定律却与个别物体的因果性无关，它是存在之状态的表述，它的表述是与具体的特定的时间无关的、瞬时性的。正是这种非时间性（16）构成了牛顿力学的本质特征。也正是牛顿第一定律所成立的时间均匀性与空间对称性构成了惯性系的特殊地位，从而使我们可以在牛顿第二定律的意义上来研究物体的动力学关系。因为毫无疑问，物体的运动性质和规律与采用怎样的空间和时间来度量有着密切的关系（17）。由此可见，不仅牛顿第一定律不是牛顿第二定律和特例，恰恰相反，现行的动力学规律正是牛顿第一定律所揭示的存在之性在具体的个体事物上的展现。惯性定律比牛顿第二定律具有更强的基础性。也就是说，正是惯性现象，构成了牛顿动力学所以成立的操作平台。由于物体在不受外力作用下保持其速度不变，因而物体运动速度的变化才跟物体的受力相关。

最后，牛顿把惯性定律放在三个运动定律的首位也是与其对自然的信仰因素有关的。因为在文艺复兴之前的绝大部分思想家继承了亚里士多德关于物体运动内在决定论的观点。但在牛顿看来，基本的物质粒子完全是惰性的，没有任何自发的运动，而电、磁、光这些‘非物质’的力量则成为神在自然中的行动的载体（18）。也就是说，惯性定律内隐含着牛顿否定亚里士多德运动观的内在目的论从而建立新力学的形而上基础。

四、惯性与具体物体的质量无关

从上面的讨论可以看出：“质量是物体惯性大小的量度”这个论题，在几个角度去看都是错误的。第一，质量不是物体惯性大小的量度。个别研究对象的质量与其所揭示的惯性毫无关联。因为这两者从数量上来看是一对无穷大的关系，从内容上来看是个体与存在的关系，在它们之间，人类的理性不可能找到逻辑上的因果链。第二，“物体（的）惯性”这样的说法缺乏依据，因为惯性不是物体的性质。物体只是作为惯性的表现者而存在的。第三，“惯性（的）大小”这样的说法也缺乏依据，因为惯性没有大小，惯性只是存在的一种表达方式，一种特定状态的显现。第四，既然惯性并无大小，我们也不可去进行量度，事实上，任何一本教科书上也没有指出惯性与质量的函数关系，因为这一函数关系并不存在，它只是人们的一个虚假的逻辑推测，谁也不能证明质量与惯性成正比或不成正比，更不能得出它们之间的比例系数，因为这些关系均是虚假的。因而，物理学界流传的物体的惯性等于它的质量（19）只是人们一个随心所欲的错误言说。

由于物体质量与惯性无关，所以，将牛顿第二定律中的质量称为惯性质量就是不当的，质量的确对物体运动状态的改变有一种象力一样的阻抗作用，质量在改变物体运动的状态上而言似乎有一种“消解”、“抗拒”力的性质。因而作者认为可将现行的“惯性质量”改称为物体的“抗性质量”。正如牛顿所说：“物体只有当有其他力作用于它，或者要改变它的状态时，才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥力。（20）”因为质量与物体运动状态的变化快慢有关，它事实上具有动力学特征，当一个物体的质量大时，它对运动状态改变的阻抗能力就越大。

从逻辑上而言，我们只有将惯性从物质的内在因素中解除出来，才能完全地克服牛顿时代的机械论自然观与牛顿第一运动定律之间存在着的深刻矛盾。也就是说，这样才能使牛顿第一定律恰如其分地建立在由文艺复兴所形成的机械论而不是亚里士多德的目的论的形而上学基础之上。

五、惯性定律的表述方式

牛顿第一定律是动力学定律的基础，但它本身并不表征物体的某种动力学性质，它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据

于上面的论述，对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的：反映时间的均匀性，空间的对称性，及自然之美对人的呈现。可是，现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然，这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的，但以今天的眼光来看，这种差异性就成为值得商讨的了。

例如：一个物体，如果没有受到其他物体的作用，它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态（21）。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远，因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的，陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的，这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例，因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。

另外一种常见的陈述方式是：一切物体总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。（22）这样一种表述比前一种完整多了，它几乎就是牛顿的原义，但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”（23）。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定，而“有外力”应当换成“其它物体的作用”，因为惯性定律是不涉及力的，操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。

作者试着这样来陈述惯性定律：存在着的宇宙有这样一种性质，它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许，这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式，它强调了惯性与惯性的表现者（个别研究对象）的严格区分，这个陈述的主语是性质，这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为：使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。

六、人们误解惯性的来源

人们在惯性问题上所犯的错误认识，既来源于历史上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式，又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上，牛顿似乎注定要被人误解”。（24）

在牛顿所陈述的第一定律中：（25）“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态（Everybodypersistsit''''sstateofrestorofuniformmotioninastraightlineuntilitis

compelledbysomeforcetochangethatstate.）”。牛顿对“除非有外力作用于它迫使它”作出了对应的理解，即认为保持其静止或匀速直线运动状态的物体是由内部原因的，这个内部原因即称为惯性：“visinsita,或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一个物体当中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动”。（26）在牛顿时代，作出这样的判断是无可厚非的：“一个物体，由于其物质的惰性（现称惯性——译者注），要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此这种固有的力可以用一个最确切的名称‘惯性’或‘惰性力’来称它。”（27）因为在牛顿时代是无法判定惯性的本质的。从牛顿的这一段话我们大致可以判断出，他几乎是在第二定律的意义上来领会惯性的，因而他才认为（惯性）大小与该?锾逑嗟薄U饣蛐砭褪橇鞔两竦墓咝缘拇笮〉扔谖锾逯柿康脑濉？墒牵6俚恼庖欢卧桃夥岣坏乃枷肴词抢丛从谖鞣焦糯苎餍械墓赜谑挛锉旧淼膬仍诰龆ㄐ缘墓鄣悖骸罢鑫锾宓墓阊有浴⒓嵊残浴⒉豢扇胄浴⒛芏院凸咝裕丛从谄涓鞲霾糠值墓阊有浴⒓嵊残浴⒉豢扇胄浴⒛芏院凸咝裕灰虼耍颐强梢韵陆崧鬯担磺形锾宓淖钚∥⒘R簿哂泄阊有浴⒓嵊残浴⒉豢扇胄浴⒛芏裕⑶腋秤衅涔逃械墓咝裕馐钦稣苎У幕。?8）”。

这一观点可以追踪到亚里士多德，它影响了包括牛顿在内的一大批科学家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过（29）：“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性”；“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”由此我们也可见，在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。

从上面的论述可以看出，人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的，这个原因主要在于：人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候，就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部，把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力，他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即：惯性作为一个内力，在缺乏外部动力或阻力时，会引起无定限的直线运动（30），另一方面，牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承，我们可以从他的著作中强烈地感到，他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然，在现代人看来，自然界的物体是与人具有本质区别的。

在牛顿以后，欧拉则将牛顿关于visinsita的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力．．．．．惯性的大小与质量成正比例。”（31）可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在，人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的发展，特别是诺特尔之后，我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关，而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，牛顿的visinsita（惯性是一个消极的本原，靠此本原物体维持它们的运动或静止，按照作用力的大小接受运动，按照受到阻力的大小抵制运动。（32））可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。

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(9)九年义务教育三年制初级中学试用课本,物理,第一册.上海科学技术出版社,1996,5,1版,109．

(10)同(9)．

(11)同(9),108．

(!2)〔英〕伊萨克·牛顿.自然哲学之数学原理.陕西人民出版社.2001,1,1版,18．

(13)同(8)．

(14)同(12)，12.

(15)辞海．缩印本．1989年版．上海辞书出版社．1123．

(16)吴国盛.时间的观念.中国社会科学出版社,1996,12,1版,171.

(17)同(7),702.

(18)徐向东伯特《近代物理科学的形而上学基础》译序

/post/show.php?op=pap&sid=30;

(19)

同(12),2.

(20)同(12),定义，6。

(21)同(3).

(22)全日制普通高级中学教科书（试验修订本·必修），物理，第一册.人民教育出版社．2000,3,2版46．

(23)同(7),814.

(24)[英]W.C.丹皮尔.科学史及其与哲学和宗教的关系.商务印书馆，1975，9，1版，253.

(25)同(12).

(26)同(12)，6.

(27)[美]H.S.塞耶.牛顿自然哲学著作选.上海人民出版社,1974,11,1版,14.

(28)谢帮同.世界经典物理学简史，辽宁教育出版社.1988.3,1版.73.

(29)舒幼生陈秉乾惯性概念的认识及其影响

/20010827/208813.shtml;

(30)[美]爱德华·格兰特.中世纪的物理科学思想,复旦大学出版社,2000,1,1版53.

(31)同(28),.36.

(32)埃德温·阿瑟·伯特近代物理科学的形而上基础第七章牛顿的形而上学五、牛顿的以太概念

/Resource/GZ/GZWL/WLBL/WLS00006/6283_SR.htm;

ONInertia

ZOURong

(No.6MiddleSchool,Changshu,Jiangsu,China,215500)

Abstract:Thispaperputsforwardadifferentviewpointtocurrentinertialviewinside

classicalmechanicsscopeandclaimsthatweshoulddistinguishthepropertyofan

objectofstudyfromthepropertyofexistence,thepropertyofkeepingthekindofstate

fromthepropertyofchangingthekindsofstates,andthatweshouldalsofocusour