【摘要】:
牛顿运动定理是中学化学动力学的核心知识，是精典热学的基础，是天文学的研究基础，是动能定律和动量定律的推论支柱和研究能量问题的重要手段，是电磁学的研究方式的基石，是电学研究的基础，可以说只要是研究宏观低速，在惯性参考系中运动的一切物体，牛顿运动定理都有着不可撼动的重要地位。对牛顿运动定理的学习是培养中学生构建数学观念的重要的途径，同时引导中学生构建科学思维，产生科学探究的方式，培养中学生的科学心态与责任。中学化学动力学是理论热学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。动力学研究的对象的运动速率远大于光速的宏观物体，初中数学学的动力学分支是学院化学学和天文学的研究基础，也是许多工程学科的研究基础。作为选拔人才功能的中考，在数学学科的考查中更是对牛顿运动定理加强考查力度，是每一年中考数学的必考的重点知识，指导中学生学好牛顿运动定理除了可以为中学生中考服务，更是对中学生将来的终身发展奠定坚实的知识基础。
【关键词】
动力学支柱，精典热学基础，学院数学基础，工程学科基础，中考重要考点
【正文】
在运动学中我们学习了如何描述物体的运动，而且没有讨论物体为何会做这些或那个运动，要阐明物体运动缘由，就要研究运动和力的关系。在数学学中，只研究物体如何运动而不涉及运动与力的关系的理论，称为运动学；研究运动与力的理论，称做动力学。运动学是研究动力学的基础，但只有懂得了动力学的知识，能够依据物体所受的力确定物体的位置、速度变化是规律，才才能创造条件来控制物体的运动。诸如运动学只是使我们才能描述天体是如何运动的，动力学则使我们才能把人造卫星和宇宙飞船送上太空，使人类登上地球，甚至飞向火星。动力学的奠基者是英国科学家牛顿，他在1687年出版的《自然哲学的物理原理》中提出了三条运动定理，后人把它们统称为牛顿运动定理。牛顿运动定理确定了力与运动是关系，它们是整个动力学的核心。
关于力与运动的关系，是一个绵延了两千年的问题。公元前三世纪古埃及知名的哲学家、科学家、教育家亚里士多德觉得“物体的运动须要力来维持”，诸如马拉车，车就会持续地运动，马停止拉车，车就停止运动，他的观点与人们的生活经验相符合，以至于在随后两千多年的时间里，人们把他的观点奉为精典，没有人怀疑。直至公元17世纪，欧洲伟大的化学学家伽利略觉得将人们引入歪路的是磨擦力，而在日常物体的运动中磨擦力又是无法避开的。伽利略注意到，当一个小球顺着斜面向上运动时牛顿定律的表述及其物理意义，它的速率减小，而向下运动时，速率增大，他推测：当球顺着水平面运动时，它的速率应当不增不减。并且实际情况却是，虽然沿水平面运动，球也越来越慢，最后停出来。伽利略觉得，这是磨擦阻力作用的结果，由于他同样还观察到，表面越光滑，球便会运动得越远。于是，他判定：若没有磨擦阻力，球将永远运动下去。他设计了一个斜面实验：让小球沿一个斜面从静止状态开始向上运动，小球将“冲”上另一个斜面，这是一个事实，假如没有磨擦（注意，这儿伽利略引入了理想化的模型，光滑的斜面），小球将上升到原先的高度。降低第二个斜面的夹角，小球在这个斜面上仍将达到相同的高度，但这时它要运动得远些。继续降低第二个斜面的夹角，小球达到同一高度时，都会离得更远。于是他问道：若将第二个斜面放平，球会抵达多远的位置？推论其实是：球将永远运动下去，却不再须要哪些力去引领。这就是说，力不是维持物体运动的诱因。其实，我们不能清除一切阻力，也不能把第二个斜面做得无限长，所以伽利略的实验是个“理想实验”。伽利略捉住了事物的主要矛盾力与运动的关系，忽视了次要的诱因磨擦力的影响，进而深刻地阐明了力与运动的关系：物体的运动不须要力来维持。同时，我们应当感遭到伽利略的最伟大的历史贡献是，将实验引入了数学学，为数学学的研究开创了一套科学的研究方式：观察现象，发觉问题，提出假定，运用逻辑和物理估算，通过实验对结论进行验证，对推论进行修正和推广。这一套科学研究的方式成为后世三百多年数学学的研究根据，一举将数学学的研究引上了科学的公路。
与伽利略同时代的意大利科学家笛卡儿也研究了这个问题，他强调：假如运动中的物体没有遭到力的作用，它将继续以同一速率沿同仍然线运动，既不停出来也不偏离原先的方向。他觉得，这应当成为一个原理，它是人类整个自然观的基石。这儿应当注意到笛卡儿早已认识到，物体不受力的作用时将做匀速直线运动。
在伽利略和笛卡儿工作的基础上，美国伟大的化学学家牛顿提出了动力学的一条基本定理：一切物体在不受外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。这就是牛顿第一定理。牛顿第一定理的研究对象是自然界中的一切物体，这儿的“不受力的作用”是指物体不受任何力的作用，由于不可能把自然界的任何物体完全孤立上去，也就是说，不受力的作用的物体是不存在的，所以，牛顿第一定理是借助逻辑思维对事实进行剖析的产物，不可能用实验直接验证。并且，许许多多现象可以帮助我们理解牛顿第一定理。诸如，足球场上，足球离开球杆后牛顿定律的表述及其物理意义，能以几乎不变的速率继续前进，直至它再一次遭到球杆的严打或遇到障碍物，才改变这些状态。牛顿强调，一切物体在不受力的作用时，总保持匀速直线运动状态或则静止状态，说明物体是运动不须要力来维持；直至有外力促使它改变原先的运动状态，说明力是改变物体运动状态的诱因。
在对牛顿第一定理的理解考查方面，历届中考多从惯性的角度来考查，这么哪些是惯性呢？我们把物体保持原先匀速直线运动状态或静止状态的性质称作惯性。牛顿第一定理也叫惯性定理。这个定理给出了惯性的概念，所以人们说它是牛顿数学学的基础。对任何物体，在遭到相同的斥力时，决定它们运动状态变化难易程度的唯一诱因就是它们的质量。
除此之外，中考对牛顿第一定理的考查着重于物体的运动和受力的关系，着重于伽利略对力和运动的研究的方式，理想的斜面实验，对磨擦力这个诱因对物体速率的改变，在逐渐清除磨擦力的影响时，可以看出物体的运动不须要力来维持，为牛顿第一定理的构建奠定了基础，然而，同时又考查了牛顿第一定理是一个理想化的逻辑思维对事实进行剖析的产物，其实不能直接用实验来验证，并且却可以用日常的现象来印证它的正确性。
牛顿第二定理的研究目的是物体的加速度与它所遭到的合力和质量之间是关系，我们晓得，大赛用的小车辆的质量和普通家用小车辆的质量相近，而且它安装了强悍的底盘，可以在四五秒的时间内从静止加速到100Km/h,而家用小车辆却须要十几秒的时间才会达到相同的速率，赛事用的小车辆的加速度要比家用小车辆的加速度大，可以看出在质量相同的情况下，受力越大，它获得的加速度就越大；在牵引力相同的情况下，通常的小车辆从静止加速到100Km/h,至须要十几秒的时间，而满载的车辆加速就慢得多，可见物体受力一定时，它的质量越小，加速度就越大。但是，数学学不满足于这样的定性剖析。在中学化学动力学中，是应用实验的方式来定量研究a和合力F与质量m之间的关系。
实验研究的方式是控制变量法，实验的步骤主要分两大步，第一步，保持物体的质量不变，检测物体在不同力的作用下的加速度，剖析加速度与力的关系；第二步，保持物体的受力相同，检测不同质量的物体在这个力的作用下的加速度，剖析加速度与质量的关系。实验中应用了图象的方式，得到了这样的推论，物体的加速度可能与它所受合力成反比，与它的质量成正比。大量实验和观察到的事实都可以得到同样的推论，由此可以总结出通常性的规律：物体的加速度的大小跟它遭到的斥力成反比，跟它的质量成正比，加速度的方向跟斥力的方向相同。这就是牛顿第二定律，牛顿第二定理的目的在于研究物体受力之后如何运动的问题。
力是物体对物体的作用。只要研究力，就一定存在着受力物体和施力物体。观察和实验表明，两个物体之间的作用是互相的。一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间的互相作用的这一对力，一般称作斥力和反斥力。斥力和反斥力总是互相依存、同时存在的。通过实验探究，我们发觉斥力和反斥力，总是作用在两个不同的互相作用的物体上，它们的力的性质总是相同的，力的大小总是同时减小同时减少，同时形成同时消失，总是作用在一条直线上，它们的力的疗效不可抵消。牛顿通过大量的实验和观察，总结了一条重要的规律：两个物体之间的斥力和反斥力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。这就是牛顿第三定理。
牛顿第三定理是牛顿在研究物体的运动和受力的关系时，将视野投向了愈加宽广的领域，物体遭到外界对它的斥力，它也一定对外界施加了力的作用，因而将动力学的研究对象扩充到了愈加广泛的领域。我们可以用牛顿第三定理，将研究的对象推广到自然界的万事万物，为我们研究自然提供了有力的防具。
依据小学数学学科的教学经验和对历届中考试卷的研究，我们对牛顿运动定理总结了以下的专题研究：共计25个专题，具体如下：
专题1物体受力与运动的关系：伽利略的实验探究的科学方式
专题2牛顿第一定理（惯性定理）探究
专题3牛顿第二定理（加速度定理）实验探究
专题4牛顿第三定理（斥力和反斥力定理）探究
专题5力与运动的互求题型探究
专题6瞬时突变问题探究
专题7联接体问题探究
专题8蓝筹股模型问题探究
专题9传送带模型问题探究
专题10小球落弹簧模型蹦极与蹦床问题探究
专题11超重和失重问题探究
专题12等时圆问题探究
专题13等底的光滑斜面上的物体由静止下降时间的问题探究
专题14动力学临界问题探究
专题15动力学极值问题探究
专题16动力学拉椅套问题探究
专题17动力学与速率图象的结合问题探究
专题18动力学知识解决曲线运动问题探究
专题19动力学知识在电场中的运用探究
专题20动力学知识在通浊度体在磁场中遭到安培力的运用探究
专题21动力学知识在带电粒子在磁场中遭到洛伦兹力的运用探究
专题22动力学知识在电磁感应问题中的运用探究
专题23动力学知识在热力学问题中的运用探究
专题24动力学知识在机械震动和机械波问题中的运用探究
专题25牛顿热学的局限性
这种专题，是依据教学研究总结下来的，也结合了对历届中考原题的研究归纳下来的，在教学实践手指导中学生强化对这种问题的思索，可以有效地提升中学生对动力学问题的理解和把握，更重要的是，对中学生学习电磁学奠定了坚实的基础，由于小学数学力是一条暗线，加速度是一条明线，这两条线贯串化学学的始末，充分彰显了以牛顿运动定理为核心的精典化学学的重要性和广泛性。
作为小学数学班主任，钻研中考试卷，总结规律变得尤为重要。锁定动力学的核心“牛顿运动定理”的专题研究，借以深入探讨牛顿运动定理在小学数学学中的重要地位，在教材体系中的重要地位，在中考考查中的重要的地位。牛顿运动定理除了在热学中有重要的应用，并且是天文学、电磁学、热学、动量和能量等问题的知识基础和探究方式，捉住了牛顿运动定理就捉住了整个小学知识的命脉，可以帮助中学生获得研究问题的思路和技巧。总结牛顿运动定理的专题，形成全面的知识体系和框架，配置基础性、综合性、应用型、创新性的习题，抓住中考出题心跳，让初三中学生在紧张的中考总备考中，快速理解化学概念和规律，把握解题的方法和技巧，提升中学生应用知识解决问题的能力，培养中学生的剖析问题的能力，构建数学模型的能力，应用物理知识解决数学问题的能力，在训练中得到潜移默化的增强。结合中学生的学习基础和学习能力，分层教学，因材施教，在习题的设置上可以满足不同事生的须要，采取有效的课堂组织方式，以让中学生参与课堂教学学习，成为学习的主体，让每一个中学生都能动口动脑动手，老师要及时给予积极的评价，让中学生有收获感，有成就感，有进步的体验。
通过对牛顿运动定理的研究，从伽利略的科学研究方式入手，用实验探究化学推论，再用数学推论检验实验的确切性，感受伽利略对物体的受力与物体的运动的关系的研究，阐明力是改变物体运动状态的诱因，而不是维持物体运动状态的缘由，为牛顿构建惯性定理奠定基础；牛顿第二定理是由实验推证下来的，阐明了加速度与合力，质量之间的关系，对实验的考查是中考的热点问题，在小学教学中要足够地注重；牛顿第三定理研究斥力与反斥力之间的关系，它使牛顿运动定理迈向更宽广的研究领域。通过对牛顿运动定理的题型研究，我们总结了十几个专题，在历年的中考中，突出受力剖析和物体运动的关系，突出了加速度是运动学和动力学的桥梁和纽带的作用。
动力学作为精典热学的核心知识，仍然是历年中考考查的必考知识点，是中考的热点，难点，重点考点，常常会出中考压轴大题，足以见得牛顿运动定理的重要性。
牛顿三大定理，之所以还能成为动力学的核心知识，成为精典数学学的主干知识，是由于它在宏观物体的低速运动的领域，发挥了重要的作用，为我们提供了研究物体运动规律的方式和思路。中学化学动力学是理论热学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。动力学研究的对象的运动速率远大于光速的宏观物体。动力学是数学学和天文学的研究基础，也是许多工程学科的研究基础。
4.参考文献：
（1）【文献类型】：刊物，【文献出处】：《文理导航（月底）2017年02期》
（2）【文献类型】教材，【文献出处】：《普通中学课程标准试验教科书2011年》
（3）【文献类型】：刊物，【文献出处】：《中学化学教学参考2009年05期》
（4）【文献类型】硕士论文，【文献出处】：《四川师范学院刊物2010年》
