力和运动（一）：牛顿第一及第二定律
进阶牛顿第一定律指出不受净力时物体保持静止或匀速直线运动，惯性以质量量度；牛顿第二定律 F = ma 连系净力、质量与加速度，配合自由体图求净力，是力学解题的核心。
- 牛顿第一定律：不受净力时保持静止或匀速直线运动；力是改变运动的原因
- 惯性＝抵抗运动状态改变的性质；质量越大，惯性越大
- 牛顿第二定律 F = ma：加速度与净力成正比、与质量成反比；1 N = 1 kg m s⁻²
文体小知识：科学探究记叙——由伽利略斜面实验说到验证 F = ma 的实验探究，记述牛顿第一及第二定律如何从观察与实验归纳出来。
§课文原文 Passage
1力是使物体改变运动状态或形状的作用，单位是牛顿（N）。古人曾以为要维持运动就必须用力，伽利略用斜面实验反驳：小球滚下一边斜面后冲上另一边，几乎到达原来的高度；若把另一边变成水平面，小球理论上会永远滚下去。牛顿总结成第一定律：一切物体在不受净力或净力为零时，保持静止，或以匀速直线运动前行。
2物体抵抗运动状态改变的性质称为惯性，质量是惯性的量度：质量越大，越难改变它的速度。举个例子：急煞车时乘客上半身向前倾，正是身体要保持原本速度而车已减慢；安全带的作用，是在撞击时提供约束力，令乘客与车厢一同减速，避免因惯性飞出。惯性也解释了为什么摇动树干可以摇落果实——果实因惯性留在原处，果柄因此断开。
3牛顿第二定律指出：物体的加速度与所受净力成正比，与质量成反比，即净力等于质量乘加速度。净力指作用在物体上所有力的合力，单位是牛顿；1 牛顿就是使 1 千克质量产生 1 米每秒平方加速度的力。多个力同时作用时，先求净力再计算。举个例子：在光滑冰面以 20 牛顿净力推动 5 千克冰壶，加速度为 20 除以 5，即 4 米每秒平方。
4分析受力要用自由体图：把物件画成简化图形，用箭嘴逐一标出所受的力，再沿运动方向求净力。举个例子：水平路面上的汽车受重力、地面支持力、引擎牵引力与摩擦力；重力与支持力互相抵消，净力等于牵引力减摩擦力，汽车因此加速。质量与重量也要分清：质量以千克量度、不随地点改变；重量是重力，等于质量乘 g，以牛顿量度，在月球上会变小。
5这两条定律是力学的骨干：第一定律说明「力不是维持运动的原因，而是改变运动的原因」，第二定律则给出改变的定量关系。学好 F = ma 与自由体图，往后的斜面、连接体、竖直悬吊等题型都会变得有章可循，下一课将把力的世界补充完整。
1重点摘要 Summary
牛顿第一定律指出不受净力时物体保持静止或匀速直线运动，惯性以质量量度；牛顿第二定律 F = ma 连系净力、质量与加速度，配合自由体图求净力，是力学解题的核心。
2生字卡 Vocabulary
使物体改变运动状态或形状的作用；是向量，单位牛顿（N）。
作用在物体上所有力的向量总和（合力）。
力的单位；1 N 使 1 kg 质量产生 1 m s⁻² 的加速度。
物体抵抗运动状态改变的性质；质量越大，惯性越大。
物体不受净力时，保持静止或以匀速直线运动。
净力、质量与加速度的关系：F = ma。
把物体简化并用箭嘴标出所有外力的图，用于求净力。
物体所含物质的量，量度惯性，单位千克，不随地点改变。
作用于物体的重力，W = mg，单位牛顿，随所在地重力而变。
阻碍相对滑动或滑动趋势的力，方向与运动（或趋势）相反。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：力的概念与单位力是一个物体对另一个物体的作用，能改变物体的运动状态——速度的大小或方向，也能使物体变形。力是向量，有大小也有方向，国际单位是牛顿，符号 N。1 牛顿约等于托起一个小苹果所需的力。举个例子：用手拉开抽屉大约用 20 N 的力；地球吸引 1 kg 物件的力约为 9.8 N。力可以接触地施加（推、拉、摩擦），也可以隔空施加（重力、磁力），这个分类在之后的学习会不断用到。
- 第二步：伽利略的斜面与第一定律古人以为物体运动必须有力维持，伽利略用斜面实验挑战这个直觉：小球由一边斜面滚下、冲上另一边斜面，几乎回到相同高度；他把对面斜面放平，推论小球将以不变的速度永远滚动。牛顿把这个思想写成第一定律：物体不受净力或净力为零时，保持静止或以匀速直线运动。举个例子：太空探测器关掉引擎后，仍以匀速直线飞行多年，正因为太空近乎没有外力——维持运动不需要力，改变运动才需要。
- 第三步：惯性与质量物体保持原有运动状态、抵抗改变的性质称为惯性；质量是惯性的量度——质量越大，同样的力产生的加速度越小，运动状态越难改变。举个例子：急煞车时，乘客身体因惯性继续前冲，满载的货车比电单车更难停；安全带在撞击瞬间施加约束力，令乘客随车一同减速，这是法例强制系安全带的物理原因。答题模板：「物体原本……；外力令……改变；物体因惯性保持……，所以……」。
- 第四步：第二定律 F = ma牛顿第二定律：物体加速度与净力成正比、与质量成反比，即 F = ma。注意 F 一定是净力：先合并所有作用力，再代入公式；加速度方向与净力方向相同。1 N 定义为使 1 kg 产生 1 m s⁻² 加速度的力。举个例子：1200 kg 汽车受 2400 N 净力，a = F/m = 2400 ÷ 1200 = 2 m s⁻²；同一净力作用于 2400 kg 货车，加速度减半至 1 m s⁻²——质量越大，越「推不动」。
- 第五步：自由体图与净力自由体图把物件简化成一点或简单形状，用箭嘴标出它所受的每一个力，是求净力的标准工具。画图次序：先重力，再接触力（支持力、摩擦、拉力），最后沿运动方向求向量和。举个例子：水平路面上被 3000 N 牵引力拉动的 1500 kg 汽车，若摩擦力是 600 N，沿运动方向的净力是 3000 − 600 = 2400 N，加速度 = 2400 ÷ 1500 = 1.6 m s⁻²；竖直方向重力与支持力抵消，不影响水平加速度。
- 第六步：质量与重量质量与重量是两个概念：质量是物体所含物质的量、惯性的量度，单位千克，不随地点改变；重量是地球施加于物体的重力，W = mg，单位牛顿，随当地重力场而变。举个例子：60 kg 的太空人在地球重量是 60 × 9.8 = 588 N，到月球（重力加速度约为地球的六分之一）重量只有约 98 N，但质量仍是 60 kg，惯性不变——踢动同一物件所需的力在月球和地球相同。
- 第七步：综合应用与解题流程第二定律的题型离不开同一流程：画自由体图 → 沿运动方向求净力 → 代入 F = ma 求加速度 → 用运动方程求速度或位移，把本课与上一课串起来。举个例子：1200 kg 汽车在 2400 N 净力下由静止加速 5 秒，a = 2 m s⁻²，5 秒末速度 = 0 + 2 × 5 = 10 m s⁻¹，位移 = ½ × 2 × 5² = 25 m。安全带、气袋、头枕等汽车安全设计，全部建基于惯性与第二定律的应用。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：一辆质量 1200 kg 的汽车在平直路面上行驶，引擎牵引力 3000 N，摩擦阻力 600 N。（a）求汽车的加速度；（b）求由静止加速 5 秒后的速度与位移；（c）解释紧急煞车时安全带如何保护乘客。
- 画自由体图：竖直方向重力与支持力抵消；水平方向净力 = 3000 − 600 = 2400 N（向前）
- 用第二定律：a = F ÷ m = 2400 ÷ 1200 = 2 m s⁻²（方向向前）
- 运动学：5 秒末速度 v = u + at = 0 + 2 × 5 = 10 m s⁻¹；位移 s = ½at² = ½ × 2 × 5² = 25 m
- 惯性解释：煞车时汽车急速减速，乘客因惯性保持原速向前冲；安全带施加向后的约束力，令乘客与车一同减速，避免撞向挡风玻璃
- 答案：(a) 加速度 2 m s⁻² 向前；(b) 5 秒末速度 10 m s⁻¹、位移 25 m；(c) 安全带对乘客施加约束力，抵消惯性造成的前冲，使乘客随车厢一同减速。解题流程：自由体图 → 净力 → F = ma → 运动方程。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1牛顿第一定律的内容是什么？
Q2什么是惯性？它与什么量有关？
Q3计算：2400 N 净力作用于 800 kg 物体，加速度多少？
Q4质量 50 kg 的人在地球与月球上，重量各约多少？
Q5为什么急煞车时人会向前倾？安全带有何作用？
8重点回顾 Recap
- 牛顿第一定律：不受净力时保持静止或匀速直线运动；力是改变运动的原因
- 惯性＝抵抗运动状态改变的性质；质量越大，惯性越大
- 牛顿第二定律 F = ma：加速度与净力成正比、与质量成反比；1 N = 1 kg m s⁻²
- 自由体图 → 净力 → F = ma → 运动方程，是力学解题的固定流程
- 质量（kg，不变）与重量（N，W = mg）不同；安全带与气袋是惯性原理的安全应用