第82章 遭遇滑铁卢：牛顿第一定律的理解偏差（1/2）

郑老师关于“质点”和“建模”的第一课，像一把钥匙，为凌凡打开了物理学习的新视角。他带着一种前所未有的兴奋感和方法论上的自信，投入到了新学期的物理学习中。他严格按照“建模思维”的流程去分析问题，感觉思路清晰了不少。

然而，物理世界的复杂性，远非一个“质点”模型所能概括。很快，凌凡就遭遇了新一轮的“滑铁卢”，而这次挫折的源头，竟然是他自以为早已掌握、简单得不能再简单的——牛顿第一定律。

事情发生在一节习题课上。郑老师讲解完牛顿第二定律（F=a）的应用后，在黑板上出了一道看似简单的思考题：

“思考题”：一个物体在光滑水平面上，以初速度v?向右运动。同时，施加一个恒定的、与运动方向相同的水平力F。请描述物体的运动情况，并画出v-t图示意图。

大部分同学，包括凌凡，几乎不假思索地就得出了结论：这太简单了！有力F作用，物体有加速度a=F/，所以做匀加速直线运动！v-t图是一条从(v?, 0)出发、斜率为a的直线。

郑老师看着台下一致的反应，脸上露出一丝不易察觉的、高深莫测的微笑。他没有直接评价对错，而是话锋一转，提出了一个让所有人愣住的问题：

“很好，大家都判断是匀加速直线运动。那么，我问问你们，在这个运动过程中，牛顿第一定律还‘成立’吗？”

教室里瞬间安静了下来。

牛顿第一定律？那个“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外力迫使它改变这种状态”的定律？它当然成立啊，它是牛顿力学的基石之一，怎么可能不成立？

但郑老师为什么这么问？

凌凡微微皱眉，感觉这个问题有点古怪。他尝试用建模思维去分析：物体（质点）、光滑水平面（无摩擦）、受恒力F（合外力不为零）……根据牛顿第二定律，肯定有加速度，做匀加速运动。这没问题啊。牛顿第一定律描述的是合外力为零的情况，现在合外力不为零，它自然不“直接”描述当前状态，但作为基本定律，它依然是成立的吧？

就在凌凡和其他大部分同学都认为答案是“成立，但不直接适用”时，郑老师叫起了学习委员，一个物理成绩很好的女生。

“我认为成立，”学习委员站起来，语气肯定，“牛顿第一定律是普适的。在这个问题里，正是因为外力F‘迫使’它改变了原来的运动状态（匀速），所以才加速的。这恰恰印证了牛顿第一定律的前提‘除非作用在它上面的外力……’，所以定律本身是成立的。”

这个解释听起来无懈可击，许多同学纷纷点头表示赞同。

凌凡也觉得有道理，正准备放下疑虑。

然而，郑老师却缓缓地摇了摇头，目光变得锐利起来：“这个回答，听起来很有道理，但实际上，是对牛顿第一定律理解的一个典型偏差。”

全班愕然！

“你们是不是都觉得，牛顿第一定律说的‘除非有外力迫使它改变状态’，这个‘改变状态’指的是‘从静止到运动’或者‘从匀速到变速’？”郑老师问道。

同学们下意识地点头。难道不是吗？

“大错特错！”郑老师的声音提高了几分，“牛顿第一定律的核心贡献，也是它最革命性的地方，在于它指出了：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。”

“注意！改变物体运动状态，指的是改变物体的速度！而速度是矢量，既有大小，又有方向！所以，改变物体运动状态，指的是改变速度的大小（加速或减速），或者改变速度的方向（曲线运动），或者两者同时改变！”

郑老师用粉笔重重地敲着黑板：“回到这道题。物体原来有速度v?，现在受到一个与v?同方向的力F。这个力F的作用，是改变了物体运动状态吗？当然是！它改变了速度的大小（加速了）！所以，这个过程，恰恰是牛顿第二定律（F=a）在直接描述这个‘改变’的过程和定量规律！”

“那么牛顿第一定律在哪里体现？”郑老师目光扫视全场，“它体现在力的作用效果上！它告诉我们，这个物体之所以会加速，是因为有力F作用（改变了状态），而不是因为它‘需要’力来维持这个向右的运动！如果没有这个力F（假设突然撤去），根据牛顿第一定律，物体会立刻保持撤去力那一刻的速度，做匀速直线运动！ 这才是牛顿第一定律在这个情境下的正确理解和应用！”

凌凡如遭雷击，猛地愣在座位上！

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