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李鹏陶军张软玉朱励霖

牛顿定律

(I)从惯性概念到三大定律

1

大班：力学专题研讨


什么是惯性？

你什么时候会说“嗯，有惯性”？

—— 当车停的时候，还是车一直在动的时候？

不说“力”会有“惯性”吗？

2


惯性的反直觉定义

定义要求：

1. 与定量数学结合，以便用数学进行推导

2. 防止语意模糊，避免仅用语言文字进行推导

物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，称为惯性。

解读：保持不被打扰的状态！

3


It’s a long history

• 四元素说：土、气、水及火组成地球。他还认为天堂以及

宇宙中的的所有物质的例子都是又被无质量且永恒的第五种元素“以太”构成的。以太又被称作"精质"或者“第五物质”。

• 自然方位：每个元素都会处在相对于地心的不同位置，地心也是宇宙的中心。

• 重力/轻率：为保持相对位置，物体会受到向上或向下的力。

• 直线运动：受到力作用物体会做匀速直线运动。

• 速度与密度的关系：速度与介质的密度成反比。

• 真空不存在：物体在真空中的速度无穷快。

• 以太普遍存在：空间中所有点都充满这种物质。

• 无限宇宙：宇宙空间没有边界？

• 连续介质理论：原子间是真空的，因此物质不可能是原子构成的。

• 精质：地球上方的物体不是由地球物质形成的。

• 永恒宇宙：太阳/行星都是正球体，并且不会改变。

• 圆周运动：行星沿正圆形轨道运行。

回顾亚里士多德

的部分错误

命题或结论

Aristotle，

公元前384～

前322，著有

《物理学》等 4


再来一条：凡运动着的事物必然都有推动者在推着它运动。

— 亚里士多德《物理学》

伽利略（Galileo Galilei, 1564 -1642）领悟到，将人们引入歧途的，是摩擦力，或空气、水等介质的阻力，这是人们在日常观察物体运动时难以完全避免的。

为了得到正确的线索，除了实验和观察外，还需要抽象的思维。

5


插播：为何还有人在犯错误？

• 你会写错《基准》的这一条吗？

6

这一条有严重的错误。亚里士多德曾认为，力是维持万物运动的原因。然而从伽利略以来，我们就已经知道这是错误的说法，力的作用是改变物体运动的状态，物体的匀速直线运动并不需要力。（陈学雷等）

摘自《中国公民科学素质基准2016.4》：（48）知道力是自然界万物运动的原因；能描述牛顿力学定律，能用它解释生活中常见的运动现象。

八位学者齐发声对《中国公民科学素质基准》中一些问题提出意见：

http://www.guancha.cn/Science/2016_04_25_358105.shtml





• 地球绕着太阳转。。。

• 大小铁球同时落地 >VS< 更重的物体下落更快？

• 进化论 >VS<“长颈鹿要吃高处的叶子，伸着脖子就变长了”

• 一定要反直觉吗？什么是可靠的判别依据？

• 探索未知领域，方法正确比结果正确更重要！

• 学习科学，重构“直觉”！

许多科学发现 — 反直觉结论


观看羽毛与重球在真空中同时下落

• Brian Cox visits the world's biggest vacuum chamber - Human

Universe- Episode 4 Preview - BBC Two.mp4

8

为何要做这个“显然的”实验？——事实依据！


秀才遇到兵。。。

• 非科学家常用的辩论技巧：

– “你说的只是你个人的观点，不是事实！”

• 科学家：

– “我说的只是我个人的观点，

是基于以下事实……”

9


分清事实与观点

• 科学思维能力不足的人容易把观点和事实搅在一起分不清。即使是一个人在陈述事实的时候，也会含有很多偏见和个人看法

• 观点是很难争论出谁对谁错的，而事实是有可能去证明真假的

10

http://cc.scu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?courseId=2760&topMenuId

=186997&action=view&type=1&name=&menuType=1&curfolid=225163

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分清事实与观点

• 定义和分类：直觉和理论都是观点！

11


更多练习：事实与观点

12



13


物理知识中的事实与观点

•事实：实验记录、物理学历史进程 (不要混淆客观和数学)

•观点：物理理论、对历史阶段性理论及人物的看法

• 要点

– 区分事实与观点，并不是区分对与错！

– 事实有真、假之分，需要得到澄清

– 对、错都是对观点进行的判断，是吵吵嚷嚷的根源

• 如果割裂，实验事实不是物理学，理论观点也不是物理学

• 每一次物理学发生大的飞跃，都是物理学家们在对实验进行创新和改进、对观点进行重组和优化后产生的

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李鹏陶军张软玉朱励霖 15

Practice and Theory


库仑定律是事实还是观点？

• XX-101(*****7162) 2016/9/21 23:47:54

– 事实和观点蛮难区分的，比如说，库伦定律是观点还是事实

• XX-101(*****7162) 2016/9/21 23:48:50 – 虽然我相信它是正确的，但是也不敢说它就是事实

• 师老鹏李(943436451) 2016/9/21 23:49:21 – 我来尝试一下：关于它的实验记录是事实，而这个公式本身及其推演是理论观点

16

库仑定律连同它所带的实验数据和数学表达，作为物理学定律，可以看作是事实与观点的不可分割的统一体



1. 牛顿做过英国皇家铸币厂厂长。(F/O)

2. 牛顿的道德品质有瑕疵，是个小人！(F/O)

3. 力是物体产生加速度的原因。(F/O)

4. 科学家们运用牛顿三定律解释我们身边的物体及行星运动。(F/O)

5. 理论再漂亮，都属于观点。(F/O)

17


有位诗人曾经说过： “整个宇宙就在一杯酒中”。我们也许永远不会知道他是在什么意义上说这句话的，因为诗人写诗不是为了被理解。不过当我们足够细致地观察一杯酒时，我们的确可以看到整个宇宙。那里有很多物理的东西：以一种与风和天气有关的方式蒸发着的液体，玻璃上的反射，以及我们想象力所添加的原子。玻璃是地球岩石的提炼物，从它的成分里我们窥视到宇宙的年龄和星体演化的奥秘。酒里面有什么奇妙的化学组成？它们从何而来？ …… …… 如果我们的绵薄智力为了便利之故将这杯酒，

这个宇宙，分成了几个部分——物理学、生物学、地质学、天文学、心理学，等等——那么要记住大自然并不知道这一切！因此让我们把所有这些都放回去，别忘记酒最终是为了什么。让它最后再给我们一次快乐吧：喝掉它，然后把一切都忘掉！

18

重新从事实与观点的角度来分析


观点争论

• 数学是事实还是观点？

1+1 =2 ？

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客观数学

物理


惯性定律

• 任何物体，只要没有外力改变它的状态，便会永远保持静止或匀速直线运动状态（速度v）

• 自由粒子永远保持静止或匀速直线运动状态

inertia 词根：ert =energy/work,表示“能量, 活动”

1. I can't seem to throw off this feeling of inertia.

我好像无法摆脱这种无力的感觉。

2. We had a feeling of inertia in the afternoon.

下午我们感觉很懒。

3. Inertia carried the car to the pavement.

惯性使汽车驶到了人行道上。

20


惯性状态的数学标记 — 动量

运动学属性：v 自身属性：{…} — 细节不重要

m — 一个符号足够！

可加性

动量

p = m v

保持惯性状态： p = const. 21


建立牛顿三定律

• 从一个不一般的角度来建立

• 看作实验定律

• 现在可以认为：第一原理是动量守恒！

22


分析两体碰撞‘实验’

12 ΔΔ vv

或 12 Δ/Δ vv

为常量，与二滑块有关.

21 / mm定义：

得实验定律！

总有

2211 ΔΔ vmvm

2

1

0 1

0 2

1

2

碰撞后

1 2

01

02

碰撞前

质量的操作型定义！ 23


测量速度方向

得动量守恒实验定律！

2211 ΔΔ vmvm

末动量

初动量

2211

022011m

vmvm

vmv

1和2的‘总惯性’不变！

牛顿第一定律！

1 2 constant(p p p 常数）

2

1

0 1

0 2

1

2

碰撞后

1 2

01

02

碰撞前

24


用“相互作用”定义“力”

1 1 2 2Δ Δm v m v 由

11 1

Δ

Δ

vF m

t定义：

1 2F F

牛顿第二定律！

牛顿第三定律！

22 2

Δ

Δ

vF m

t定义：

2

1

0 1

0 2

1

2

碰撞后

1 2

01

02

碰撞前

设作用时间：Dt ≈ dt

25


• 问题是

– 前述“牛一二三”放之四海而皆准吗？

26


有漏洞 … …

a 0，加速前进的小车中

小球受力了呀！

怎么没动？

27


转动中也有漏洞 … …

28

m

观察者

TF绳子有张力，物体却静止


补漏洞

• 限定

– 在惯性参考系上，物体运动遵从以下牛顿第二定律

• 在非惯性参考系上，再编另外的故事！

m vF ma

t

D

D

29


近似地来看

• 惯性参考系：没有加速度的参考系

但是，谁没有加速度？ 30


常用惯性参考系

地面参考系 —— 固结在地面上的参考系.

基准参考系(FK4系) —— 是以相对于选定的若干颗

恒星平均静止的位形为基准的参考系.

太阳参考系 —— 固结在太阳上的参考系.

• 其实，都不是完美惯性系！暂且不表。

31


总结一下（wiki）

• First law: When viewed in an inertial reference frame, an object either remains at rest or continues to move at a constant velocity, unless acted upon by a net force.

• Second law: In an inertial reference frame, the vector sum of the forces F on an object is equal to the constant mass m of that object multiplied by the acceleration vector a of the object: F = ma.

• Third law: When one body exerts a force on a second body, the second body simultaneously exerts a force equal in magnitude and opposite in direction on the first body.

32


那么，非惯性系上呢？

• 在三个定律之外，添加规则或说明！

33


集大成者

• Philosophiæ naturalis principia mathematica

(Adv.b.39.1)

34

cover Image 9

劍橋大學掃描4千多頁牛頓筆記到數字圖書館

http://cudl.lib.cam.ac.uk/view/PR-ADV-B-00039-00001/9













为何要相信牛顿？

• 实验 … …

35

摘自《君臣人子小命呜呼》


为何要相信牛顿 ?

实验结果：no deviation from the proportionality in Newton’s second law

down to accelerations of 510-14 m/s2, which is approximately 1000 times

smaller than the previous 1986 test. （PRL 98, 150801 (2007)）

（摘自卢德馨教授PPT）

大数法则 +

中心极限定理

只剩下纯随机扰动

(白噪声)

↓

高斯分布

(正态分布)

斜率=1/m ?

PRL 98, 150801 (2007)

a

F

36


Laboratory Test of Newton’s Second Law

for Small Accelerations

PRL 98, 150801 (2007)

At very small accelerations a deviation from Newton’s second law

could remain hidden in most laboratory scale experiments, but

might appear in astrophysical and cosmological observations.

The flatness of galactic rotation curves

The Pioneer anomaly

The Hubble acceleration

Milgrom’s modified Newtonian dynamics suggested that

Newton’s second law would smoothly transition from F a to

210

0 /102.1 sma

210 /107 smcHaH

210 /109 sma

0

0

2

aaata

aF

摘自卢德馨教授PPT

37 （摘自卢德馨教授PPT）


实验数据统计是首要的？

• 那么，牛顿定律还是最最最基本的吗？

• 客观世界的随机性的来源是什么？ 38


我们所知道的物理学定律全是统计学定律。

—— 薛定谔《生命是什么》

39


实例：发现“上帝粒子”？

• 2012年7月4日，欧洲核子研究组织（CERN）宣布

• 大型强子对撞机（LHC）的紧凑渺子线圈（CMS）探测到质量为125.3±0.6GeV的新玱色子（超过背景期望值4.9个标准差）

• 超导环场探测器（ATLAS）测量到质量为126.5GeV的新玱色子（5个标准差）

• 5个标准差~99.9999%

• 这两个粒子极像希格斯玱色子，但还有待物理学者迚一步分析来完全确定两个探测器探测到的粒子是否为希格斯玱色子

http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson

40


实例：发现“上帝粒子”？

• 2012年7月4日，欧洲核子研究组织（CERN）宣布

• 大型强子对撞机（LHC）的紧凑渺子线圈（CMS）探测到质量为125.3±0.6GeV的新玱色子（超过背景期望值4.9个标准差）

• 超导环场探测器（ATLAS）测量到质量为126.5GeV的新玱色子（5个标准差）

• 5个标准差~99.9999%

• 这两个粒子极像希格斯玱色子，但还有待物理学者迚一步分析来完全确定两个探测器探测到的粒子是否为希格斯玱色子

http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson

41


如何解释发改委调油价不地震的 ”关联”？

到底有没有关联？

首先看统计相关性是否存在

42


秘密在哪里？

• 问：地球上一年大约发生多少次地震？

• 答：地球上每天都在发生地震，一年约有500万次，其中约5万次人们可以感觉到；可能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震，平均每年有十几次。

43


That’s it!

随机特征

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从相关到因果也不容易啊

• 时间上相邻的事件不一定是相关的

– 蟾蜍搬家与地震？

– “地震云”与地震？

– 发改委调油价与地震？

• 确认相关性需要大量论据

– 例子：吸烟与肺癌

• 并且，相关性不等于因果关系

– 是因果关系的前提

• 最终确认因果关系

– 可能是统计判断

– 在相关性分析基础上的大概率判断

烟草公司以“相关性丌能证明因果关系”为由为自己辩护，而且这个理由很容易被法庭接受。直到2005年，苏格兰法庭还在一起肺癌死者家属起诉烟草公司的诉讼中判决，现有的科学证据丌能证明吸烟导致肺癌。为什么生物医学界主流坚定地认为吸烟导致肺癌呢？这丌仅仅是因为吸烟不肺癌发病率的关系极为显著（例如，烟吸得越多的人，患肺癌的风险就越高；历史上，随着吸烟人数增多，肺癌发病率也增加，而随着吸烟人数的减少，肺癌发病率也下降），很难用某一个混杂变量来解释；而且，有很多实验能够说明吸烟是怎么引起肺癌的。在烟草烟雾中有几十种致癌物，实验动物吸了能患肺癌。关键的一个实验是在1996年完成的。这个实验发现，烟草焦油中的一种致癌物——苯并芘被肺上皮细胞吸收后，能引起细胞中一个叫p53的基因的三个位置发生突变，而大部分的肺癌都不该基因这三个位置的突变有关 (f)

45


蒙特 (Monty) 门

本智力题得名于一位美国电视游戏节目的主持人蒙特，他曾在多年之前主持一档名为成交的节目。

台上有三扇门，主持人将一辆汽车藏在其中一扇门后，其余两扇空门。主持人请一名幸运观众上台，可以有机会赢得这辆汽车，游戏规则----让他先选择一扇门，剩下的两门中至少有一空门，主持人（知道汽车在哪个门里）故意打开两门中的一扇空门，然后问他：给你一个机会，改丌改主意? 是否愿意换剩下的另一扇门？

？

• 为何存在着正确的答案？是怎样正确的？

• 个人选择难道丌能“求同存异”吗？

• 如果笃定自己的“非正确答案”，结果实际上赢得了汽车，如何？

• 运气还是统计概率？

俺就赌一下运气，不行么？

46


插播：牛顿也需要被审视！

• 牛顿是不是只做好事，不做不好的事？

47

牛顿认为太阳光由红、橙、黄、绿、蓝、蓝靛、紫七种不

同的单色光组成，那是因为他认为“七”是一个神秘数字，太阳系有七个天体（当时的认识）、一星期有七天、音符有七个，所以颜色就要有七种。这种划分当然是非常主观的，比如一般人是分辨不了蓝光和蓝靛光的，所以现在通常只说六色光。这些颜色的光也不是“单色光”。物理学上说的单色光指的是单一频率的电磁波，太阳光含有无数种单色光。（f）

摘自《中国公民科学素质基准2016.4》：(49)知道太阳光由七种不同的单色光组成，认识太阳光是地球生命活动所需能量的最主要来源；知道无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线都是电磁波。

八位学者齐发声对《中国公民科学素质基准》中一些问题提出意见：






牛顿还是 * * * 呢！

Wiki:

Although the laws of motion and universal gravitation

became Newton's best-known discoveries, he warned

against using them to view the Universe as a mere machine,

as if akin to a great clock. He said, "Gravity explains

the motions of the planets, but it cannot explain who

set the planets in motion. God governs all things and

knows all that is or can be done."

48


科学探索的常态

1. 在混乱中辨别方向

2. 生活在激烈冲突的观点中

• 注意：

– 数学 ≠ 物理！

– 喜欢纯粹感的同学可以考虑从事

• 纯粹数学、物理中的数学

49


1. 海森堡：以登山作为类比

• 沃纳．海森堡（Werner Heisenberg，历史上最伟大的物理学家之一），他以登山作为类比：

有些时候……你想攀登某座山峰，但到处都是雾气……你虽然有地图或其他甚么东西指示你可能要去的地方，但你依然在雾中完全迷失方向。这时，你突然在迷雾中模模糊糊地看到一些细微的东西，你会说「噢，那正是我要找的石头」。在你看到它的这一瞬间，整个情况完全改变了，尽管你并不知道是否你会走到石头那里，但此时你会说，「……现在我知道我在那里了，我必须再走近一点，那样我肯定就会找到要走的路……」只要我看得仔细些，就像在任何登山运动那样，我可以说好了，我要再前行15码，或100码，甚至也许是一公里，但我仍不知道是走对了，还是完全偏离了正路。

50


2. 摘自卢昌海

• 每当想起像霍伊尔这样的天文学家一直活到 “大爆炸宇宙论” 与 “稳恒态宇宙论” 所受观测支持天差地别的 2001 年，却至死坚持后者，就提醒自己争论的目的应是阐述和优化自己的观点，而非让对手俯首称臣，否则是既跟对手也跟自己过不去。一旦文字完成，对手的意义也就不复存在了，胜也好，败也罢，都由文字自己去说话。

• 不过科学界的看客平均水准较高，不像其他看客群体那样常常想当然地把先住嘴的视为输家，从而比较有点到即止的氛围。

51


有哪些巨人提供了肩膀？

• First law

– 亚里士多德提供错误观点

– 伽利略认识到物体速度状态改变才需要力

• 并奠定了现代科学方法（要求理论与实验相符合）

– 惯性 (inertia) 概念已经有多人独立持有

• Johannes Kepler，Thomas Hobbes，John Philoponus，Jean Buridan，René Descartes

• Second law

– 伽利略等人从实验和理论上研究了加速运动

• 自由落体、斜面滑块、单摆等运动

• Third law

– ？ 52


温伯格(Steven Weinberg) 的评价

• 在牛顿这里，我们来到了科学革命的巅峰

• 仅仅指出《原理》确立了运动定律和万有引力原理仍是对其重要性的低估，因为牛顿还用《原理》给后世树立了一个模范，告诉人们物理理论应该是什么样子的，那就是用一组简单的数学原理，以明确的方式，描述大量不同的现象

• 牛顿这一例子已经修改了物理学的定义

http://www.changhai.org/articles/science/misc/WeinbergBook.php

53

1979年度诺贝尔物理学奖






应用

• 分类：

– 静力学问题（中学？）

– 不需要微积分的动力学问题（中学？强化）

– 需要微积分的动力学问题（下周课）

• 基本方法：隔离物体分析法

54


问题中常见的“力”

• 主动力

– 重力万有引力

– 弹性力

– 电磁力

• 被动力（约束力）

– 张力（绳）

– 支撑力（接触面）

– 摩擦力（静、滑动）

W mg

Fx = - k x

( )F q E v B

F

TF

TF

F

p

F

Bv

2ˆMm

F G rr

55


一个个来认识——1.重力

• 牛顿：其实是万有引力

• 按说，为何老是说

• 现代物理学：万有引力似乎是一个基本力

56

F mg 2ˆMm

F G rr

2ˆM

g G rr

29.8 /g m s


——2.弹性力

• 无质量弹簧抽象，回复力

• 在原子分子层次上是如何产生的？

57

f = - k x


• 我们根据宏观情况分析：向左向右相等

• 微观原子分子细节同样未明

——3.绳子的张力

58

F

TF

TF

F

p


——4.支撑力（正压力）

• 微观原子分子细节同样未明

59


——5.摩擦力

• 曾经成功扰乱了人们认识力学基本规律

• 人们对微观细节有一些想象，但难说 …

60


——6.电磁力

• 对于牛顿力学体系来说，这是外来客

61

( )e mF F F q E v B

mF

Bv


再想想科普中的四个“基本力”

62


应用于简单动力学要点

1. 隔离物体分析，列受力方程

① 矢量方程会一个变两，或一个变三！

2. 利用约束条件，补充方程

① 数清楚未知数个数，检查方程是否列够

3. 简单消元法，解方程

① 初等代数方程

4. 整理结果

63


【斜面滑块】斜面质量为m1 ，滑块质量为 m2 ，m1

与 m2 之间、 m1与平面之间均无摩擦，斜面倾角，

m1和 m2相对静止，求水平外力 F 、加速度a、地面支

撑力FN 、以及滑块与斜面间作用力FN1 、FN2 .

m1

m2

F

O x

y

m1

F NF

1NF

1W

m2

2NF

2W

64

N 1 1 1NF F W F m a

2 N2 2W F m a

N1 N2F F

1 1 2 2g, gW m W m


这其实是线性代数结构！

• 纯数学更关心方程的结构：

– 方程的解是否存在？

– 是否有唯一解？

65

1

1

2

1 2

2

1 0 sin 0 0

0 0 1 cos 0

0 0 0 sin 0

0 0 0 0 cos

0 0 0 1 1 0

N

N

N

m F

a m g

m F

F m g

F


回顾

66


回顾

67


现实主义 vs. 理想主义

• 简单问题：代入法快啊！

• 但是，理解线性代数结构很重要！

– 前一个层次上叫做：算术

– 后一个层次上叫做：数学！

（开玩笑哈，别当真。。。

语言文字并不能准确化，

名称有时候不重要，

重要的是内容）

68


更重要的问题

• 地球绕太阳转，如何列方程？

– 怎么求解？

– 能解释开普勒三定律吗？

69


重力和万有引力

• 万有引力结合天文观测

– 在展示牛顿理论正确性上居功至伟

70

2ˆMm

F G rr


牛顿赢了！

• In 1686, when the first book of Newton’s Principia was presented to the Royal Society, Robert Hooke accused Newton of plagiarism by claiming that he had taken from him the ―notion‖ of ―the rule of the decrease of Gravity, being reciprocally as the squares of the distances from the Center‖.

• 牛顿驾驭复杂数学的能力（这方面胡克不行） 1. 圆周运动适合于平方反比定律这容易证明，但椭圆运动则很

难证明

2. 对于质点容易计算，但是对于球则很难计算，哈雷对平方反比律有所疑虑，敦促牛顿给出证明于《原理》

• 一言难尽，详见：https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_law_of_universal_gravitation

71

https://en.wikipedia.org/wiki/Newton's_law_of_universal_gravitation


心路历程

• 亚里士多德：“天上运动与地上运动本质不同！”

• 由开普勒第三定律可以得到：F ~ 1/r2 (近似为圆周运动)

• 牛顿1665年得到地月体系：r3/T 2 = R2 g/4π2

– 其他数据：g = 9.8m/s2, T = 27.3215天, r = 3.84x105km

• 但是代入古希腊依巴谷的观测数据（地球半径） R ~ 5632km则符合不太好！于是，牛顿把这事放置一边。

• 后来其他天文学家重新测得地球半径 R ~ 6400km，牛顿才于1685年发表万有引力理论

» 不易判断的科普官司：《牛顿的苹果》http://cc.scu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?courseId=2760&topMenuId=186997&action=view&type=1&name=&menuType=1&curfolid=222563

• 推广：天上和地上的物体的引力和运动没有什么不同！ 72




物理知识中的事实与观点

•事实：实验记录、物理学历史进程 (不要混淆客观和数学)

•观点：物理理论、对历史阶段性理论及人物的看法

• 要点

– 区分事实与观点，并不是区分对与错！

– 事实有真、假之分，需要得到澄清

– 对、错都是对观点进行的判断，是吵吵嚷嚷的根源

• 如果割裂，实验事实不是物理学，理论观点也不是物理学

• 每一次物理学发生大的飞跃，都是物理学家们在对实验进行创新和改进、对观点进行重组和优化后产生的

73



1. 是牛顿首次发现万有引力定律。(F/O)

2. 是胡克首次提出万有引力定律。(F/O)

3. 胡克在1666年给英国皇家学会提交论文，认为引力反比于距离的平方。(F/O)

4. 胡克未证明过行星的椭圆运动可以由引力平方反比定律得到，也未证明过两个球体之间的引力可用球心之间的距离来衡量。(F/O)

5. 天体的运动与地上的物体运动本质相同。(F/O)

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千万不要神化牛顿！

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能解释这些小玩具的运动吗？

球 - 碰撞弹簧 - 振动和波陀螺 - 进动


大小球跳高、原子弹氢弹、超新星

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小玩具，大道理


弹簧、弹性波（地震波）、月球固体潮锁定

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陀螺、飞机导航仪、地球人的历法

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目前指向：

23.5⁰的北极星

进动

大约25800年顺时

针向（从北半球看）旋转一周


玩具还多着呢！


能区分这些词吗？

• 英文词：

– Mechanics, statics, kinematics, kinetics, kinesics, dynamics

• 都是《*力学》？ 1. Theoretical mechanics

2. Electrodynamics

3. Quantum mechanics

4. Thermodynamics

and statistical physics

http://ccftp.scu.edu.cn:8090/Download/20150516235353542.pdf

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http://ccftp.scu.edu.cn:8090/Download/20150516235353542.pdf


一个一个查！(Bing必应词典)

• mechanics, 1〔作单数用〕力学, 机械学,2机理;3机制;4

〔作复数用〕结构,构成法,技巧;5机构.

• statics, 1静态学;2静电干扰;3天电干扰;4【物理学】静力

学;【无线电】静电(干扰).

• kinematics, 【物理学】运动学.

• kinetics, 1〔物〕动力学,运动学,运动情况;2动能学; adj.1

动力的.

• kinesics, (人体)动作学

• dynamics, adj.1充满活力的,活跃的,精力充沛的;2不断变

化的,充满变数的;3【科技】动力的,动力学的; n.1动力,推动变化的力量;2动力学;3强弱法.

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摘录

• 曹老师：随着人们对运动和相互作用的认识不断深入，force的概念已经退居到无关紧要的位置，把 mechanics混成 theory of force已越来越不合时宜。不幸的是，dynamics和

mechanics在汉语中已经固化为(动)力学了，把《理论力学》、《电动力学》、《量子力

学》和《热力学、统计物理》这些学问望文生义地理解成力学，贻害不浅。可叹！

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教益

• 不能仅仅根据词汇和语言来学习物理！

• 非数学的语言文字不可能变得准确化

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内容归纳 1. 惯性：

① 反直觉定义

② 实验录像

2. 学会分清事实与观点

3. 惯性定律 ① 数学描述：动量

4. 用讲故事的思路列牛顿三定律 ① 理论框架的漏洞：惯性参考系

② 实验验证与实验数据统计

5. 认识科学探索中的难处和艰辛

6. 问题分析中的各种力 ① 与基本力的比较

② 有些我们并不是十分明白其来源

7. 应用 ① 静力学（略）

② 简单动力学：初等代数方程（组）

8. 与力学相关的几个词汇

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课程小论文选题

1. 我对牛顿力学建立的历史过程很感兴趣，我想对那段科学史探索一番。

2. 那个验证牛顿力学的现代实验（PRL 98,

150801 (2007)）是咋做的？我能看懂吗？

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结束

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牛顿定律 - scu.edu.cnccftp.scu.edu.cn:8090/download/e5f62ad1-a345-40ea... · 1....

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