牛顿法的基本原理(6篇)

牛顿法的基本原理篇1

关键词：物理学科说课方法教学目标教学程序

物理是一门实验性、应用性极强的学科，教学中应着力培养学生的动手操作能力、实践能力和创新能力。因此，物理学科的说课一方面应按照说教材、说学情、说教学目标、说教法学法、说教学程序的基本步骤，另一方面要注意紧扣物理学科特点，利用其独特的教学条件突出创新意识和能力的培养，才能符合《物理课程标准》对教学的要求。我们以高中物理《牛顿第一定律》一节为例进行说明。

一、说教材

主要是说明本节课内容在本册教材或本章中所处的地位及前后知识点间的联系，一般应包括编者的意图、所教内容在教材中的地位和作用、教材的特点等；说明教材结构及教材对本节知识的处理方法；说明所教内容的重点、难点。如《牛顿第一定律》的教材分析可以这样说：牛顿第一定律是人教板必修一中第四章的第1节，它对于初中和高中物理知识处于衔接地位，本节课的作用是使学生在初中阶段了解牛顿第一定律的基础上，进一步加深对力和惯性概念的认识，并且强化科学方法教育与思维能力的培养；这部分内容是运动学和力学的衔接地位，它对运动和力之间的关系做了准确阐释，指出力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。本节的重点是对牛顿第一定律的理解，本节的难点是伽利略理想实验的推理过程。

二、说学情

主要是说明所教学生的总体情况，包括学生的年龄特征、知识基础、认知特点及思维规律，另外还要论述自己的学生观，这是设计这节课的依据。如，《牛顿第一定律》一节的学习对象是高一的学生，他们已经具备一定的推理能力，并初步了解了物理学中的理想化方法，为通过理想实验认识力和运动的关系奠定了基础，另外对牛顿第一定律和惯性的概念也有初步了解，对更深入地学习牛顿第一定律打下了一定的基础。同时，也有不少学生仍认为力是维持物体运动状态的原因，认为惯性的大小与速度大小有关，与是否受力有关，还认为静止和匀速运动时物体有惯性，其他运动情况下没有惯性。这是学习本节内容中学生存在的一个模糊认识。

三、说教学目标

主要说明本节课教学要达到的目标要求，制定教学目标的依据是什么。教学目标是教学的中心，是通过一节课的教学要达到的目的和应完成的任务。教学目标一般要有知识与技能目标、过程与方法目标、情感态度与价值观目标三个方面，以便明确本节课中应向学生传授哪些知识、重点进行哪些能力的培养、渗透哪些科学方法教育等。如，《牛顿第一定律》的教学目标分为三个方面设计。知识与技能目标是：掌握惯性概念，会正确解释有关的惯性的现象；理解牛顿第一定律的内容和意义；了解理想实验这种科学研究的方法。过程与方法目标是：引导学生体会认识“实践认识，再实践再认识”这种认识规律的一般过程，培养学生严密的逻辑思维方式。情感态度与价值观目标是：培养学生具有积极探索、敢于质疑、勇于创新的意识；培养严谨求实的科学态度；激发学习兴趣，提高科学素养。

四、说教法学法

主要说明本节课所采用的教学方法和准备教给学生的学习方法。选择教学方法和学习方法，应以教学内容和学情为依据，以尊重学生的主体地位为前提，以培养学生的创新意识和探究精神为目标，以开发学生的潜能为宗旨。如，《牛顿第一定律》的教学方法和学习方法这样设计。根据学生的实际及该节课的教学目标，本节课采用的教学法是问题法、实验法、讲解法、推理法。在学法设计中，主要以培养学生自主、合作、探究学习的能力为目的，指导学生用个人独立思考和小组讨论结合的方法，引导学生积极猜想与假设，大胆设计与论证，发挥主体作用，调动学习的积极性。

五、说教学程序

主要说明本节课各环节的教学安排和教学措施。这是说课的重点。首先，说明如何引入新课及为何这样引入。如《牛顿第一定律》的导语可这样设计：同学们，对于原来静止的物体，现在要让它运动，我们应当怎么办？（学生回答对其用力之后，继续设问）我们停止了用力，物体会如何呢？设计这个导语的目的是激发学生对本节内容的学习兴趣，并拉近物理知识与现实生活的距离。其次，说明怎样进行新课教学，包括怎样设计实验，怎样帮助学生形成概念，怎样引导学生探索规律，思考讨论，教师怎样讲解，学生怎样练习，等等。前面设计的教学目标、教学重难点，都要在这里得到解决；前面设计的教学方法和学习方法，都要在这里得以体现。最后，一般还应简要说明一下课堂小结、课后作业的布置，以及板书如何设计。如《牛顿第一定律》的教学过程设计如下。

（一）由导语中的问题误导学生得出下面结论：（1）物体受力就会运动；（2）物体不受力就停止。从而引出亚里士多德的错误观点：力是维持物体运动的原因。

（二）演示实验，提出问题：让小车从同一高度的斜面滑下，虽然最后都停下，但在毛巾表面滑行的距离短，在玻璃表面滑行的距离长。以此来引导学生思考物体停下的原因是受到摩擦力的影响，这两种情况下的摩擦力大小不同。然后提出问题：如果小车从同一高度的斜面滑下，进入一个光滑的水平面，那么运动情况应该是怎样的呢？

（三）师生共同研讨。一是伽利略的理想实验：如果表面光滑，物体受到阻力为零，它的速度大小和方向不会改变。二是笛卡儿的补充：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持静止和运动状态。三是理想实验结论：设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，且合外力为零，物体将保持这个速度继续运动下去。该问题让学生发挥想象，小组讨论后，选出代表总结归纳。

（四）提出问题，让学生思考。（1）在光滑平面上给小球一个初速度，小球将如何运动？（2）在粗糙水平面上给小球一个初速度，小球将如何运动？

（五）学生回答、辩论，教师总结。得出“牛顿第一定律”这一规律，解决“力不是维持物体速度的原因”和“物体运动状态的改变需要外力”这两个重点、难点问题。

（六）师生问答，理解惯性。（1）叠放几个象棋子，用力使中间一个棋子离开，上面的棋子为什么会下落？理解：静止的物体具有惯性。（2）汽车刹车后为什么会进行前进？理解：运动的物体具有惯性。（3）质量大小不同的汽车为什么启动快慢不同？理解：惯性的大小与质量有关。最后得出结论：一切物体都具有惯性，惯性的大小只有质量有关。

（七）巩固延伸。学生列举生活中惯性的例子，互相补充质疑。

牛顿法的基本原理篇2

0、引言

文献〔1〕从爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》〔2〕中找到他对经典力学的思考之错误：他没有认识到地面参照系S和相对于S匀速平动的参照系sv′以及相对于S变速运动的参照系s′上有互不相同的重力加速度――分别为g、gv和g′，于是他误认为质量为m的同一物体在上述参照系上有相同的重力mg。上述参照系上的质点动力学基本方程依次为

F=ma或mg+ΣF1=ma（0-1）

Fv=mav或mgv+ΣF1=mav（0-2）

F′=ma′或mg′+ΣF1=ma′（0-3）

其中ΣF1为质点受到的除万有引力（即重力）以外的其他作用力。爱因斯坦想不到上述三条实验方程（其中式（0-1）为牛顿发现，式（0-2）（0-3）为梁氏发现）反映的物理规律是牛顿――梁氏定律〔1〕。这三条方程可统一写为牛顿――梁氏方程

F合=ma合（0-4）

上式为牛顿――梁氏定律表达式。爱因斯坦想不到s′系相对于S系作牵连加速度ae和科氏加速度ak的加速运动时，s′上质量为m的物体要跟随s′相对于S作加速运动，就必须从物体重力mg中自动分解出相应的分力――牵连运动力Fe（=mae）和科氏运动力Fk（=mak），而重力mg的另一个分力就是物体在s′上的重力〔1〕mg′，于是有mg=mg′+Fe+Fk。从伽利略到牛顿到爱因斯坦到文献〔3〕〔4〕的编著者均误认为有惯性系、惯性力、相对性原理和等效原理，关键错误是没有认识到g≠gv≠g′。综上，梁氏就有机会将牛顿力学修正为牛顿――梁氏力学。

文献〔5〕从《狭义与广义相对论浅说》中找到爱因斯坦对相对论（即时空理论）的思考之错误：他没有认识到狭义相对性原理和等效原理不成立，没有认识到广义相对性原理没有实验基础而没有物理意义，没有认识到有比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换，没有认识到钟慢的相对性和尺缩的相对性不成立和实验证明有梁氏钟慢尺缩绝对性原理。因此，梁氏用梁氏变换和梁氏钟慢尺缩绝对性原理，将爱因斯坦相对论修正为梁氏相对论。下面是梁氏对爱因斯坦相对论问题的思考，最后就文献〔1〕〔5〕和本文得出令人瞩目的结论。

1、同时性的相对性没有物理意义

文献〔6〕以为“同时性的相对性是理解狭义相对论的关键性概念。”其实，同时性的相对性不可观察，没有实际意义（即物理意义）。文献〔2〕（P21）的火车实验，若要A、B处发出的光对AB中点M（或M’）上的观察者来说能区分其到达的先后，则AM（=BM）必须大于视觉滞留时间与光速之乘积，因此AB之长即火车之长已远远超出实际长度，于是该思想实验没有实际意义。因此，同时性的相对性不成立，相对论不需要这样没有意义的概念。

2、比伽利略变换更普遍的低速梁氏变换

应用推导伽利略变换相同的方法，可推导出两坐标系（参照系，下同）相对变速运动（变速平动、匀速转动和变速转动）时的时空变换――低速梁氏变换

x′=x-vt、y′=y、z′=z、t′=t（2-1a）

θ′=θ-ωt、ρ′=ρ、z′=z、t′=t（2-1b）

其中v为平均速度，ω为平均角速度。上式的逆变换不写出。考虑到哥白尼日心说可推广为宇宙旋转说――地球绕太阳转、太阳绕银河系中心转、银河系中心绕银河系集团中心转……，因此宇宙间所有参照系都是转动参照系而无惯性系，于是惯性定律〔2〕不成立（即没有物理意义）。文献〔2〕（P10）反映爱因斯坦只想到伽利略变换而想不到低速梁氏变换，更想不到经典力学不需要不成立的惯性定律和牛顿第三定律也不是经典力学基本定律。

3、比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换

应用不可证伪的光速不变性原理可推导出洛伦兹变换〔5〕、梁氏变换和超光速梁氏变换。从伽利略变换到洛伦兹变换的变换因子是1-v2/c2，不难想到（依类比法）从低速梁氏变换到梁氏变换的变换因子是1-v2/c2和1-（ρω）2，于是得梁氏变换

x′=（x-vt）/1-v2/c2t′=（t-vx/c2）/1-v2/c2（3-1a）

θ′=（θ-ωt）1-（ρω）2t′=（t-ρ2ωθ/c2）/1-（ρω）2（3-1b）

上式的逆变换不写出。另外，我们将两坐标系相对靠拢时的梁氏变换称为准梁氏变换，将两坐标系相对匀速平动靠拢时的时空变换称为准洛伦兹变换（这里不写出）。爱因斯坦没有认识到准洛伦兹变换和梁氏变换，因此错误地提出洛伦兹协变性〔2〕，文献〔6〕（P29）误认为洛伦兹变换不变性“已成为引导物理学家探索物理规律和物理理论的一条强有力的基本准则”。文献〔5〕〔7〕应用梁氏变换解答了狭义与广义相对论诸多典型问题，说明梁氏相对论取代爱因斯坦相对论将是历史的必然。

4、钟慢的相对性与尺缩的相对性不成立

假设运动相对性原理成立，则地球相对于太阳的运动与太阳相对于地球的运动同样成立，可是，我们否定地心说而肯定日心说，于是反证运动相对性原理不成立。运动相对性原理不成立，自然使钟慢的相对性与尺缩的相对性不成立。另外，μ子实验〔8〕、原子钟环绕地球飞行实验〔9〕、光谱线红移〔2〕和双生子实验〔5〕都证明了动钟变慢――“钟因运动而比静止时走得慢了”〔2〕;迈―莫实验（证明干涉仪水平臂对太阳参照系而言缩短了）和水星近日点运动（证明水星绕日运行轨道对太阳参照系而言缩短了）都证明了静尺缩短，于是文献〔2〕（P30）说“钢尺在运动时比在静止时短”就错了。因此，实验证明钟慢的相对性和尺缩的相对性不成立;爱因斯坦提出所谓双生子佯谬之佯谬说不成立;文献〔6〕（P29）认为钟慢尺缩是同时性的相对性带来的时空属性而不是物质过程，这就错了（因为钟慢尺缩是物质过程）。

5、梁氏钟慢尺缩绝对性原理

时空理论要求用时空变换式说明相对运动的两只钟哪只慢和相对运动的平行的两把尺哪把短。我们将符合哥白尼日心说的相对运动称为哥白尼运动，于是哥白尼日心说隐含的梁氏钟慢尺缩绝对性原理可表述为：相对运动的两钟（或尺），作哥白尼运动的钟（或尺）慢（或长）。应用该原理很容易判定上述动钟变慢实验和静尺缩短实验之结果，而结果的数学解释由梁氏变换作出。因此，下面的原子钟转盘实验可作为梁氏变换判决实验（即预言实验）：将相同的两只原子钟甲和乙分别固连于地面S上和转动的圆盘边上，开始时两钟同时拨零，然后钟乙跟随圆盘转动足够长时间后停下，钟乙停下后与钟甲比较，则钟乙变慢了。

6、光线弯曲非引力所为

设想在太阳参照系k上发射一小团光子，则它相对于k而言的轨迹为直线，但对相对于k作变速运动的参照系k’（例如地球）而言该光子团的轨迹一般来说是曲线（匀速直线运动与不共线的加速运动的合运动之轨迹为曲线）。因此，光线弯曲非引力所为〔7〕。k上的两条相交光线确定一个平面，这两条光线对而言弯曲了，可见该平面对而言成了曲面，因此平面弯曲非引力场所为。

7、引力佯谬不成立

所谓Neuman―Zeeliger疑难，称为引力佯谬。根据万有引力定律和宇宙旋转说，我们可以建立地球附近各种参照系上的重力场场强方程（请参阅文献[1]），于是上述疑难不成立（实验也证明这一点）。北京师范大学物理系刘辽编的讲义《广义相对论》（上）说，上述疑难和万有引力定律不符合洛伦兹协变性是牛顿重力论的两个困难，也是爱因斯坦建立广义相对论（即爱因斯坦重力论）的出发点。可是，这些出发点不成立，说明广义相对论一开始就错了。实验证明万有引力定律成立，反证洛伦兹协变性不成立（即没有意义）。

8、爱因斯坦电梯实验和箱子实验

爱因斯坦电梯实验同文献[2]（P56）的箱子实验一样是不可操作的思想实验。电梯（或箱子）处于无重力参照系s0中，电梯（或箱子）s′相对于s0静止时对其内部仅受万有引力作用的物体（称为自由物体）而言均相对于电梯（或箱子）s′静止（例如s′内空中的物体相对于s′静止）。设想s′相对于s0以匀加速度-g上升，则s′内的观察者将看到空间内所有物体都以加速度g匀加速下落，放在磅秤上的质量为m的物体的“重力”为mg，于是s′内的爱因斯坦得结论：“他自己以及箱子是处在一个引力场中”[2]，引力场场强为g。其实，很容易证明这个结论不成立：取s0为静参照系而s′为动参照系，取s′内的自由物体为研究对象，应用加速度相加定理可知这些自由物体相对于s′的加速度（即相对加速度）a′与牵连加速度ae（=-g）等值反向（此时绝对加速度即s′相对于s0的加速度为零），即a′=-ae=g。可见s′内没有引力场，上述感觉到的“重力”其实是秤对物体作用力（正压力）的反作用力（物体仅受该正压力而无重力）。到此可见，爱因斯坦对等效原理的论证不成立，对惯性质量和引力质量相等的论证[2]也不成立（随之广义相对性公设不成立），因此广义相对论不成立。

9、迈―莫实验

迈―莫实验干涉仪水平臂对地球参照系K′来说没有缩短，因此反射水平分光束的反射点M1和反射竖直分光束的反射点M2为同一个圆上的点（圆心就是两分光束分开时的P1点，图略），因此两分光束没有光程差。由于水平臂对太阳参照系K来说缩短了，因此该圆变成了椭圆，P1点和两分光束会合的P2点成为椭圆的两个焦点（图略），于是有P1M1+M1P2=P1M2+M2P2，可见两分光速没有光程差。因此，没有干涉条纹的移动。这就是迈―莫实验的简单解释。文献[6]（P29）以为尺缩是同时性的相对性带来的时空属性而不是物质过程，文献[8]（P31）以为尺缩不是物质的真实收缩，这就都错了。

10、钟慢尺缩的力学机理

动钟变慢绝对性原理：相对运动的两只相同的钟，作哥白尼运动的钟慢。力学机理是：两只同种元素做成的原子钟（以该元素原子内周期性运动计时），一个置于地球上（称为动钟），另一个置于太阳上（称为静钟）;动钟受到的太阳吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力，故动钟不受太阳吸引力影响;而静钟却受到太阳吸引力影响而走得比动钟快了（即周期性运动之频率较快）。因为钟慢有可积累性和原子钟使时间测量精度大为提高，所以动钟变慢实验具有可操作性。

静尺缩短绝对性原理：相对运动的两把平行的相同的尺，作哥白尼运动的尺长（因为另一把缩短了）。力学机理是：设想将迈―莫实验干涉仪水平臂（视为尺）等分为n段，则每段受到的太阳吸引力构成会聚力系而使相邻段之间相互挤压而相应收缩，故该水平臂对太阳参照系而言缩短了;可是，对地球参照系而言，该水平臂每段受到的太阳吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力，上述会聚力系不能使水平臂相邻段之间产生相互挤压，故该水平臂对地球参照系而言没有缩短。因为尺缩没有可积累性，所以直接观察尺缩必须大尺度（例如水星绕日轨道的长度）。因此，很难找到可操作的尺缩实验（迈―莫实验是间接观察到的尺缩效应）。

11、实验方程

引入惯性力后得到的所谓质点相对运动动力学基本方程可表为

F+fe+fk=ma′或mg+fe+fk+ΣFi=ma′（11-1）

其中牵连惯性力fe=-mae，科氏惯性力fk=-mak。因为惯性力不可测量，所以上式不可作实验检验，不是实验方程。文献〔3〕〔4〕应用上式解答S’系上的经典力学问题是没有物理意义的，这样的解答只能称为S’上的力学问题的数学解释。这些问题的正确解答只能由实验方程（0-3）式作出〔1〕。爱因斯坦错误地引入等效原理，企图使惯性力变为真实力。其实，若惯性力是真实力，则式（11-1）就成为实验方程，式（11-1）不是实验方程，反证惯性力是假想力（于是等效原理不成立）。另外，引入假想的惯性力，显然违反物理学是实验科学的本来意义。我们到S’上做质点动力学基本方程的实验，就会发现有式（0-3）而不必同文献〔3〕〔4〕那样凭空引入惯性力。

爱因斯坦提出所谓爱因斯坦重力场方程

Rμν+λgμν=-K（Tμν-12Tgμν）（11-2）

根本不可作实验检验，根本没有物理意义，只能误导人们将数学当成物理学。爱因斯坦不能从广义相对论两条基本原理推导出上式，说明广义相对论不成逻辑体系;广义相对论两条基本原理不成立，说明广义相对论根本不成立。

直接来源于可重复的可操作的实验之方程才能称为物理方程（有物理意义），又称为实验方程。由不可否定的公理（例如光速不变性原理）推导出来的方程（例如洛伦兹变换、梁氏变换和超光速梁氏变换）不是源于实验，没有物理意义，但与凭空想出来的不是推导出来的式（11-1）（11-2）不同，它可称为准物理方程（可给出相应一类物理学问题的数学解释）。

12、基本原理或基本定律愈少的理论愈好

爱因斯坦想不到只有一条基本定律的牛顿――梁氏力学是最好的（最简单的）经典力学，他也想不到只有一条基本原理的梁氏相对论和超光速梁氏相对论（基本方程分别为梁氏变换和超光速梁氏变换）是最好的相对论，他也想不到重力理论唯一基本定律是万有引力定律（基本方程是重力场场强方程）。到此可见：法国物理学家朗之万对爱因斯坦的评价“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”不成立，这样的巨星是牛顿;联合国将2005年定为世界物理年值得商榷。2005年在长沙召开首届全国民间科技创新发展研讨会，会议发表《长沙宣言》，梁氏的交流论文《重大的科学发现――梁氏两方程一原理》令人瞩目。上述F合=ma合和梁氏变换以及钟慢尺缩绝对性原理总称为梁氏两方程一原理。

13、结论

13.1经典力学的唯一基本定律是牛顿――梁氏定律，基本方程是牛顿――梁氏方程F合=ma合。经典力学是牛顿――梁氏力学而不是牛顿力学。

13.2相对论的唯一基本原理是光速不变性原理，基本方程是梁氏变换。超光速相对论的唯一基本原理是光速不变性原理，基本方程是超光速梁氏变换。

13.3重力理论的唯一基本定律是万有引力定律，基本方程是重力场场强方程。

13.4梁氏发现Fv=mav和F′=ma′导致要改写经典力学与经典物理学史，梁氏发现梁氏变换和钟慢尺缩绝对性原理导致要改写爱因斯坦相对论与现代物理学史。因此，牛顿――梁氏力学和梁氏相对论（总称梁氏理论）要改写世界科学史及世界大中学物理教科书，成为中华文化与中华科学空前辉煌的篇章。

参考文献

[1]梁尺峰，爱因斯坦对经典力学思考的错误，北京，《中国教育与教学研究》杂志，2014年第期。

[2]A・爱因斯坦，杨润殷译，《狭义与广义相对论浅说》，上海，上海科学技术出版社，1964。

[3]北京大学物理系普通物理教研室，《普通物理学》力学部分，北京，人民教育出版社，1961，43-56。

[4]程守洙、江之永主编（上海市高等工业院校物理学编写组），《普通物理学》第一册，北京，人民教育出版社，1978，119-132。

[5]梁尺峰，爱因斯坦对相对论思考的错误，待发表。

[6]陈熙谋等，物理通报主编，《物理教学的理论思考》，北京，北京教育出版社，1997，24-30。

[7]梁尺峰，怎样解决加速运动领域的力学问题和相对论问题，载于郝建宇等主编《时空理论新探》，北京，地质出版社，2005，99-107。

[8]蔡伯濂，《狭义相对论》，北京，高等教育出版社，1991，49-74。

[9]张元仲，《狭义相对论实验基础》，北京，科学出版社，1979。

作者简介：梁尺峰（1942-10），男，广西桂平人，汉族，1966年毕业于广西师范大学物理系，广西桂平市下湾一中退休教师，改革开放才有机会研究牛顿力学和爱因斯坦相对论以及重力理论以寻找人生价值，几十篇，写有一本专著――《牛顿――梁氏力学与梁氏相对论》（时机成熟才能出版），要用牛顿――梁氏定律改写牛顿力学，要用梁氏变换改写爱因斯坦相对论。

与梁氏变换两方程要改写物理学教科书

实验和理论证明，经典力学唯一基本定律是牛顿――梁氏定律，基本方程是该定律之表达式。应用该实验方程可解答任何一个参照系上的经典力学问题，不必引入惯性系和惯性力以及等效原理。牛顿第一定律不是实验定律而要扬弃，牛顿第三定律反映作用力与反作用力的关系而不是经典力学基本定律（该定律与基本方程无关）。包容了牛顿发现的地面参照系S上的实验方程，也包容了梁氏发现的相对于S匀速平动的参照系上的实验方程和相对于S变速运动的参照系上的实验方程。的发现，证明伽利略相对性原理和狭义相对性原理不成立。的发现，证明引入惯性力和所谓质点相对运动动力学基本方程是错的（该方程不是实验方程，没有物理意义）。因此，梁氏以牛顿――梁氏定律为基本定律，以为基本方程，创立了适用于任何一个参照系的牛顿――梁氏力学（为牛顿力学修正之结果）。牛顿――梁氏力学取代牛顿力学，要改写大中学力学教科书。狭义相对性原理和等效原理不成立，说明从经典力学就发现狭义和广义相对论基本原理有错。

伽利略变换和洛伦兹变换都是两坐标系相对匀速平动时的时空变换，自然应该想到两坐标系相对变速运动时的时空变换――包容伽利略变换的低速梁氏变换和包容洛伦兹变换的梁氏变换。爱因斯坦误认为洛伦兹变换是最普遍的时空变换并错误提出洛伦兹协变性，说明他“天才的大脑”其实一般。时空理论（即相对论）要解答相对运动的两只相同的时钟哪只慢和相对运动的平行的两把相同的尺子哪把短的问题，应用梁氏变换可给出这些问题的简单的数学解释。另外，直线方程与非线性变换的梁氏变换联立可得曲线方程，可说明光线弯曲。因此，梁氏以光速不变性原理为基本原理，以梁氏变换为基本方程，创立了适用于相对运动的任何两个参照系的梁氏相对论（为爱因斯坦相对论修正之结果）。梁氏相对论取代爱因斯坦相对论，要改写大学相对论教科书。

爱因斯坦没有认识到重力理论的基本定律是万有引力定律，基本方程是重力场场强方程。他无法从广义相对论两条基本原理导出所谓爱因斯坦重力场方程，说明广义相对论不成逻辑体系。广义相对论两条基本原理都不成立，说明广义相对论是完全失败的重力理论。因此，白春礼主编的《科学世界》2005.6之封面写的“天才的大脑十人类100年的智慧”其实是错的。法国物理学家朗之万对爱因斯坦的评价――“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”，被梁氏否定了，这样的巨星是牛顿。

狭义相对论问世不到十年，北京大学物理系即开设相对论课程。梁氏变换问世已20年，该系老师在讲授相对论时敢讲梁氏变换吗？中国媒体及时报导2011.9.22欧洲粒子物理研究所“发现”超光速现象，但不敢报导超光速梁氏变换（可合理解释核聚变质量亏损）。《人民日报》2013.12.12第6版报导清华大学物理系薛其坤院士《在量子世界实现“中国梦”》，但不敢报导梁氏在经典力学和相对论实现“中国梦”。

中国科学界不敢评价要改写世界科学史的牛顿――梁氏定律和梁氏变换，媒体也不敢报导之，说明社会缺乏公平和正义。有权势的有识之士，能响应号召――“促进社会公平正义”，能响应白春礼号召――“要创造一个鼓励创新、支持创新、保护创新的社会环境”，并非易事。为什么这样呢？

牛顿法的基本原理篇3

【关键词】牛顿第一定律惯性绝对空间相对论

1引言

在大学物理的教学过程中，一般在讲完第一章质点运动学后，即进入第二章质点动力学内容的讲述。而在质点动力学里重点讲述牛顿三大定律及其应用[1-2]。对于牛顿三大定律的应用部分，因为涉及矢量分析及其计算、微分及积分运算等高中物理基本不涉及的内容，故该部分相对来说内容比较好讲，课堂效果也比较好。但对于牛顿三大定律的阐述部分，因为在高中物理里就对此有比较系统的论述，故大部分学生感觉这一部分内容和高中物理一样，甚至有些老调重弹的感觉。因此，在大学物理课堂里讲述牛顿三大定律的时候，如果不对牛顿三大定律作一些拓展的话，那课堂效果将比较差。本教学论文将从绝对空间、相对论等近代物理知识点出发对牛顿第一定律的拓展作些相关研讨。根据本人的教学经验，这种简要的拓展对课堂效果是会起到良好作用的。它不仅可加深学生对牛顿第一定律的理解，而且也让学生简单了解了近代物理和经典物理的异同。特别是，通过这种简要的拓展，可激发学生对学习物理及探索自然界规律的兴趣。

2牛顿第一定律的相关拓展

在高中物理里，物理教材一般会对牛顿第一定律的内容作如下描述：如果物体所受的合外力为零，则物体将保持其静止或匀速直线运动的状态不变[1-2]。需要注意的是，经过上个世纪无数物理学家的努力，以相对论和量子力学为基础的近代物理已建立起来。而近代物理表明，牛顿力学体系，即牛顿三大定律及万有引力定律都只是在低速、宏观、弱引力条件下成立的[1-2]。因此，考虑到大学物理里后面也会讲述近代物理的相关知识，故在大学物理里讲述牛顿三大定律时将其与近代物理相关知识联系起来的拓展是可行的。下面我们将重点对牛顿第一定律作一些拓展性的探讨。

对于牛顿第一定律的相关拓展，一般可以先从力与物体的运动状态之间的关系来阐述。在历史上，古希腊的亚里斯多德是第一个对力和物体的运动状态之间的关系进行思考并做出结论的人。他从一些简单的事实如手推车现象中得出力是维持物体运动状态的原因。因为，人推车后即给车力的时候，车就可运动起来即可具有运动状态；而人放手不推车后即不给车力的时候，车将静止下来即将不具有运动状态。因此，在车运动和静止两种状态中，人给车的力是至关重要。简单来说，没力就没有运动，因此力是维持物体运动状态的原因。对于该论点，在接下来的将近两千年时间里直到伽利略的出现，人们一直认为它是正确的。从严格意义来说，伽利略的出现才是科学的真正诞生，因为是伽利略将科学实验带入了哲学思辨里。从而使得科学变成一门实验的科学，进而将科学从哲学里分离出来。在著名的斜面实验里，伽利略发现：当小球在很光滑的毛皮滑行时，抬起毛皮的两边，并固定小球在其中一边下滑时的初始高度而降低另一边毛皮的高度时，小球在毛皮滑行的距离虽然变长，但在另一边毛皮小球能滑到的最高高度却和该边固定的初始高度一致。由这一实验现象启发，如果降低另一边毛皮的高度至零，则小球将永远运动下去。明显，一直运动的小球在水平方向上没有受到力的作用，也就是小球能一直维持运动但却并没有受到力的作用，因此力并不是维持物体运动状态的原因。进一步，伽利略认为力是改变物体运动状态的原因。而物体不受力时，物体具有维持运动或静止状态的惯性，也即惯性定律。因此，牛顿第一定律实际上与伽利略的惯性定律一致，故牛顿定律也常被称为惯性定律。

对于力与物体运动状态的关系的讨论，有些高中作为牛顿第一定律的拓展也做了相关阐述。因此，在大学物理课堂里做上面这些阐述有可能是不够的。实际上，在牛顿第一定律里，还可与近代物理相关知识联系起来作进一步简单的拓展。因为，物体的运动与静止状态是相对的。比如，相对于地面是静止的物体，相对于运动的汽车而言就是运动的。因此，在牛顿第一定律描述里，物体不受力时将保持匀速直线运动状态或静止状态时，实际上隐含着参考系。而我们通常将保持匀速直线运动状态或静止状态的物体称为惯性参考系。而惯性参考系背后实际上又隐含着绝对空间的概念。牛顿本人对此非常清楚，因为他清楚知道他的牛顿第二定律只适用于惯性参考系。因此，牛顿为了很好的定义惯性参考系，他在他的划时代巨著《自然哲学的数学原理》里提出了绝对空间的概念。他认为绝对空间是存在的，而且和绝对时间一样是均匀分布的。而惯性参考系则是相对于绝对空间静止或匀速直线运动的参考系。至此，牛顿第一定律从逻辑来看似乎是完美无缺的。但绝对空间是否存在呢？牛顿本人对此也作了简单的理性思考，如牛顿水桶实验等来验证绝对空间的存在。但是，在近代物理里随着相对论的提出，我们知道绝对空间和绝对时间都是不存在的，即空间和时间都是相对的。在享受创建狭义相对论成功所带来的喜悦的同时，爱因斯坦很清醒的认识到在他的狭义相对论里存在一个严重的困难，即：因为抛弃了绝对空间，惯性系将无法定义[3]。而狭义相对论里的两条基本原理，即光速不变原理和相对性原理也都是在惯性系里定义的。

3结语

在本教学研究论文里，我们对大学物理课堂里如何讲述牛顿第一定律做了相关的拓展性研讨。本研讨主要基于力与物体运动状态的关系、惯性定律、惯性参考系、绝对空间及相对论等脉络来进行展开。因此，本拓展不仅可展示牛顿第一定律背后丰富的哲学、人文历史、逻辑等内涵，也可展示其背后丰富的物理内涵。需要注意的是，虽然相对论已经取得了巨大的成功，但人类的思考与探索还依然前行。此外，在大学物理课堂里对牛顿第二定律、第三定律作相关性拓展讲述也是值得教学研讨的课题。本教学论文的研讨也算是对此课题的抛砖引玉，希望能对同行有所帮助，从而对大学物理的课堂教学起到绵薄之力。

参考文献：

[1]宋士贤，文喜星，吴平.工科物理教程[M].北京：国防工业出版社，2011.

牛顿法的基本原理篇4

1从全局观点分析力学部分教材

从全局观点分析力学部分教材，揭示物理学的基本规律，有目的地提高学生的思维品质，增强学生的物理思维能力，对此应从以下三个方面认真分析教材。

1.1力学教材的基本知识结构。牛顿运动定律是经典力学的基础，也是经典物理的基础之一。动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁。现行教材的体系是先讲静力学，后讲运动学，最后讲动力学。把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排，第三定律放在静力学中讲授。这种安排符合由易到难、循序渐进的原则。即学习静力学时，有牛顿第三定律作准备知识，学习牛顿第二定律时，有力的合成与分解作先行。通过静力学的教学，要求学生正确理解力的概念。物体受力分析是力学中的关键，几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析，所以静力学教学是最重要的基础。

1.2物理思维方式。思维是人脑对客观事物进行加工的过程，是人脑的功能，通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程。物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式。在教材分析中掌握物理思维结构，就是要掌握怎样运用思维的基本形式（概念、推理、论证等）和思维的基本方法（比较、分类、鉴别、分析、综合、归纳、证明、反驳等）以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力。

第一章“力”要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向，为物体受力分析做好准备。力的三要素，在初中已经讲过，对质点来说不会发生关于力的作用点的问题，而对刚体来说，力的作用效果除了跟力的大小和方向有关外，还跟力的作用点的位置有关。教材中虽然没有明确提出刚体概念，但所说的物体都是指刚体。力的作用点可以沿力的作用线移到刚体内任一点而不改变力的作用效果。因此，与其说力的作用点是一个要素，还不如说力的作用线是一个要素。物体的平衡，用了“平衡”和“固定转动轴的物体”等理想模型方法；“力的分解和合成”用了分析、综合、等效的方法。

第二章“物体的运动”用了理想模型（过程模型）的方法。高中教材以初中教材为基础，先提出质点这个理想化模型，在研究物体在一直线上的运动以后，立即研究物体在一个平面内运动的有关概念、规律和描述方法。运动学是力学的重要组成部分，是学习其它各章的必备知识。对平面运动的速度的合成与分解运用了分析、综合、等效的方法。

第三章“牛顿运动定律”用了经验归纳方法论。虽然第一定律不能用实验直接证明，但由第一定律推导出的一切结论都与实验结果相符合，这就间接地证明了牛顿第一定律的正确性。当今的实验已能近似地验证这个定律，例如用气垫导轨实验，运动物体――滑块在水平方向可以近似地认为不受力，因而它近似地做水平匀速直线运动。随着科学技术的日益发展，牛顿第一定律有可能得到更加严密的证明。牛顿第二定律是通过实验归纳得出的。在功和能，机械能守恒定律，动量、动量守恒这几章中，主要是用了推理的方法。如教材中机械能守恒定律是借助于运动学和动力学的知识推导出来的。但应当明确一点，这是一条实验规律，是实践经验的总结，是客观规律的反映。这此规律能够相互推导，这说明它们之间存在着内在联系。动量定理出自于牛顿第二定律，又异于牛顿第二定律。牛顿第二定律是一个瞬时的关系，而动量定理则说明状态过程，它可以按过程始末状态处理物体的动量变化，而不必涉及过程的细节。如果只考虑两个物体的孤立体系，把牛顿第三定律与牛顿第二定律结合起来，就得到作用前后的总动量不变。我们可以用实验进行检验，牛顿也正是用这个方法验证牛顿第三定律的。

“振动与波”一章研究的主要方法是从一般到特殊的推理过程，运用了动力学和运动学的基本规律，导出满足机械能和机械振动规律的新结论。

1.3数学是表达物理学规律最精确的语言。在教学过程中，只有将教材的教学方法、结构搞清楚，才能达到运用数学方法解决物理问题的目的。在“力”这一章中，重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题。对物理矢量必须透彻理解，掌握其数学运算法则――矢量的平行四边形法则。引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比，体会矢量的质的差别，从而自觉地运用矢量运算法则。在“物体的运动”这一章中，先提出质点这个理想化模型，并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等。从数学角度分析这些量之间的函数关系（包括文字叙述、数学公式、函数图象等），再进行运动的合成与分解的矢量运算。

2物理教学即要发展学生的智力又要培养学生的能力

物理教学即要发展学生的智力，又要培养学生的能力，而后者较前者更为重要。从物理学本身来看，它研究的各种现象和规律是互相联系的。例如功和能的概念及能的转换和守恒定律，又渗透在各个分科中。教学职能即要从人类知识的总汇中挑选最精华的，运用最科学的方法传授给学生，又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力。要重视知识的传授，离开知识的掌握，能力的发展就成为无源之水，无本之木。

2.1系统化结构化的教学。在中学物理教学中，贯穿力学的两条主线――动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律。这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律，与牛顿三定律一起构成质点动力学的基本规律，是力学部分的重点知识。围绕这两条主线，要深入分析牛顿运动定律，为这两个定理打好基础。动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论，它们提供的表达式与牛顿运动定律等价，可代替牛顿二定律的矢量表达式中的某分量式，而不是什么新的表达式。但是动量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，能量守恒和转换定律也是反映自然现象的最重要的规律之一。它们的作用远远超出了机械运动的范围。

牛顿法的基本原理篇5

2、微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题，才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的，牛顿称之为流数术。它所处理的一些具体问题，如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等，在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人，他站在了更高的角度，对以往分散的努力加以综合，将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分，并确立了这两类运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一步，为近代科学发展提供了最有效的工具，开辟了数学上的一个新纪元。

3、1707年，牛顿的代数讲义经整理后出版，定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其（通过解方程）在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算，用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程，同时对方程的根及其性质进行了深入探讨，引出了方程论方面的丰硕成果，如，他得出了方程的根与其判别式之间的关系，指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数，即“牛顿幂和公式”。

4、牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心，给出密切线圆（或称曲线圆）概念，提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》，于1704年发表。此外，他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。

5、牛顿是经典力学理论理所当然的开创者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。

6、牛顿发现万有引力定律是他在自然科学中最辉煌的成就。那是在假期里，牛顿常常来到母亲的家中，在花园里小坐片刻。有一次，象以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来。一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢？牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。他认为太阳吸引行星，行星吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力，还用微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力，证明了任何一曲线运动的质点，若是半径指向静止或匀速直线运动的点，且绕此点扫过与时间成正比的面积，则此质点必受指向该点的向心力的作用，如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比，则向心力与半径的平方成反比。牛顿还通过了大量实验，证明了任何两物体之间都存在着吸引力，总结出了万有引力定律：

7、F=G（m1m2/r2）（m1和m2是两物体的质量，r为两物体之间的距离）。在同一时期，雷恩、哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥秘，其中以胡克较为突出，他早就意识到引力的平方反比定律，但他缺乏象牛顿那样的数学才能，不能得出定量的表示。

8、牛顿运动三定律是构成经典力学的理论基础。这些定律是在大量实验基础上总结出来的，是解决机械运动问题的基本理论依据。

9、1687年，牛顿出版了代表作《自然哲学的数学原理》，这是一部力学的经典著作。牛顿在这部书中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。

10、在光学方面，牛顿也取得了巨大成果。他利用三棱镜试验了白光分解为的有颜色的光，最早发现了白光的组成。他对各色光的折射率进行了精确分析，说明了色散现象的本质。他指出，由于对不同颜色的光的折射率和反射率不同，才造成物体颜色的差别，从而揭开了颜色之迷。牛顿还提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，他还制作了牛顿色盘和反射式望远镜等多种光学仪器。

牛顿法的基本原理篇6

牛顿第二定律是动力学的核心规律，动力学又是经典力学的基础，也是进一步学习热学、电学等其他部分知识所必须掌握的内容。所以，牛顿第二定律是本章的中心内容，更是本章的教学重点。为了使学生对牛顿第二定律的认识自然、和谐，本节之前的“运动状态的改变”就是起到了承上启下的作用。承上，使学生对第一定律的认识得到强化；启下，即是通过实例的分析使学生定性地了解了牛顿第二定律的内容。本节教材是在前一节的基础上借助电脑通过实验分析，再进行归纳后总结出定量描述加速度、力和质量三者关系的牛顿第二定律。由实验归纳总结出物理规律是我们认识客观规律的重要方法。由于本实验涉及到三个变量：a、m、F，因此我们用控制变量的方法来进行研究：先确定物体的质量，研究加速度与力的关系；再确定力，研究加速度和质量的关系。在以后学习气体的状态变化规律，平行板电容器的电容，金属导体的电阻等内容中都用到了这一方法。控制变量法也是我们研究自然、社会问题的常用方法。通过教学，使学生学习分析实验数据，得出实验结论的两种常用方法—列表法和图像法，了解图像法处理数据的优点：直观、减少误差（取平均值的概念），及图像的变换，从a－m图（曲线）变到a－1/m图（直线），在验证玻一马定律中也用了这种方法。根据以上分析，我们知道本节课的教学目的不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容和意义，重点在于要让学生知道结论是如何得出的；在得出结论时用了什么样的科学方法和手段；在实验过程中如何控制实验条件和物理变量，如何用数学公式表达物理规律。让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。

通过本节课的学习，要让学生记住牛顿第二定律的表达式；理解各物理量及公式的物理意义；了解以实验为基础，经过测量、论证、归纳总结出结论并用数学公式来表达物理规律的研究方法，使学生体会到物理规律的简单美。

本节课的重点是成功地进行了演示实验和用电脑对数据进行分析。这是本节课的核心，是本节课成败的关键。

【教法和学法】

本节课采用以电脑辅助演示实验为主的，知识教学与科学方法教育相结合的“同步调控”模式。

按系统论的整体原理，整体功能要大于各要素功能之和。物理的知识、方法、能力、科学态度等都是教学的要素，如果把这些要素有机地联系起来，达到共同促进的作用，则物理教学的效果会更好，更有利于提高学生的素质。“同步调控”模式中，没有单纯地就方法讲方法，而是将知识的学习，方法的掌握，能力的培养，实事求是的科学态度的养成有机地结合起来，就是基于系统的整体原理考虑的。

再则，按教学论中教为主导，学为主体的原则，教师的任务是制订目标，组织教学活动，控制教学活动的进程，并随机应变，排除障碍，并承认和尊重学生的主体地位。“同步调控”的模式既注意了教的作用，将教师置于“调控”的地位。同时，更注意了学生的主体作用，有意识地设置教学活动的环境，让学生参与实验的设计，边演示、边提问，让学生边观察、边思考，再从实验数据总结出结论，最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏，给学生充分的时间进行思考和讨论，如从a－m图像，猜想a与m成反比，然后画出a－1/m图，得出正确的结论。让学生在教学活动中学习知识，掌握科学方法，培养探索精神和创造力及实事求是的科学态度，以达到规定的教学目标和最佳效果。

【教学程序】

1问题引入新课

光滑水平面上的物体受水平拉力作用而做加速运动，引导学生分析物体的质量，加速度，拉力三者之间的定性关系，鼓励学生进行猜测，它们成正比、成反比、不成比例等。然后指明本节课我们大家一起来探索得出三者之间的定量关系，从而导出课题一牛顿第二定律。这样导入的用意是提高学生学习的兴趣和参予探索的积极性。

2设计实验方案

在引入课题后，启发学生思考：我们如何来研究F、m、a三者之间的关系？引导学生得出用实验法先确定m，研究a与F的关系；再确定F，研究a与m的关系，最后得出三者的定量关系。由于教材（必修第一册，人教版）中牛顿第二定律实验不足（夹子很难同时夹住两细线；由于线的弹力，小车要反冲后才能停下，实验误差大），我设计了用电脑辅助来探索a与F、m关系的实验，如附图。遮光片宽度L，通过光电门时间分别和，两只光电门间距为s。当滑块通过光电门时，光电门产生一个脉冲，通过计时器中的三极管放大后，从计算机LPT口输入，调用计算机定时中断来计算时间，然后利用公式

计算出加速度的值，结果显示在表格中，同时在坐标图上标上点，实验结束后，程序提供一个画直线模块，可用光标来控制直线的斜率。

3进行实验探索

请两位同学上台操作，其他同学边观察、边思考，教师控制电脑。先保持物体质量为200克不变，测出拉力分别为0.05牛、0.10牛、0.15牛和0.20牛时的加速度，填入表中和a－F图上，显示投影在大屏幕上，引导学生得出a∝F的结论。然后再保持拉力为0.10牛顿不变，测出物体的质量分别为200克、282克、332克和382克时的加速度，填入表中和a－m图上。在a一m图上可看到随m的增大a逐渐减少，但它们的关系不明确。引导学生大胆猜测a与m成反比，再画出a－1/m图，得到结论a∝1/m。

4分析归纳结论

引导学生分析实验结果，得出F=kma，在国际单位制中，定义1牛=l千克•，就可以得出牛顿第二定律F=ma。然后进行合理的外推，当物体受几个力作用而做加速运动时，F应为合力。由于力和加速度都是矢量，引导学生通过实例得到加速度的方向与合外力的方向一致。

5应用巩固练习

通过三道典型的问答和计算题，巩固学生对牛顿第二定律中各物理量的意义和加速度方向与合外力方向一致的理解，为进一步用牛顿第二定律解决实际问题打下基础。

6总结