牛顿第一定律与惯性
你推一下课桌上的小车，它会向前走一段，然后慢慢停下来。经验似乎在提醒我们：要让物体一直运动，就得一直给它力。这个想法太自然了——两千多年前，亚里士多德也曾把力看成维持运动的原因。
可是，同一辆小车在粗糙地毯上很快停下，在光滑瓷砖上却能滑得更远。既然推力早已撤去，为什么地面一换，小车停下来的过程就变了？也许让车停下的不是“推力用完了”，而是另有原因。
先把“停下来”拆开看
要比较不同表面对小车运动的影响，可以让小车从斜面同一高度由静止滑下，再分别进入铺有毛巾、棉布和木板的水平面。斜面在这里像一个稳定的“发车器”：同一辆小车从同一高度释放，到达水平面起点时的运动情况才便于比较。
这个实验看似简单，真正关键的却不是“让车滑起来”，而是控制条件：小车相同，斜面相同，每次从同一高度静止释放，水平面的长度和放置方式也相同，只改变水平面的粗糙程度。不能一次从高处释放、一次从低处释放，也不能顺手再推一下，否则到达水平面时的运动情况不同，比较便失去了意义。
观察会发现：毛巾表面最粗糙，小车运动距离最短；棉布表面较光滑，小车运动得更远；木板表面更光滑，小车运动距离最长。由这些现象可以归纳出：小车受到的阻力越小，速度减小得越慢，运动得越远。
现在先预测，再亲自改变表面。实验台会把释放条件和观察记录放在一起，看看你能不能只改变一个因素。
实验直接得到的是“阻力越小，小车运动得越远”，不能说实验室已经做出了“完全不受力的小车”。现实中很难把阻力彻底消除，下一步结论还需要在实验事实基础上继续推理。
如果阻力继续减小，会发生什么
伽利略设想一个更理想的斜面实验。小球从左侧斜面某一高度静止滚下，再冲上右侧斜面。若摩擦和空气阻力越来越小，小球在右侧达到的高度就越来越接近原来的释放高度。
把右侧斜面放缓，小球为了接近原来的高度，就必须走更远；再放缓，它还要走得更远。若右侧最终变成水平面，而阻力又完全消失，小球为了“达到原高度”只能一直向前运动。
这里最精彩的不是造出一条绝对光滑的轨道，而是把现实实验和逻辑推理接了起来：先由可观察的实验发现趋势，再把阻力逐步减小到理想的零。这样的研究方法叫实验加科学推理，也体现了理想实验的思想。
你可以改变右侧斜面的倾斜程度和阻力，观察每一步证据如何通向理想情况。别把“理想”理解成随意想象，它必须和已有实验事实保持一致。
于是，我们得到一个和日常直觉相反的答案：运动并不需要力来维持。水平面上的小车最终停下，是因为它受到阻力；若阻力消失，它原有的运动状态就不会被改变。所谓“推力耗尽了”并不是正确解释，因为力不是存放在物体里、用一点就少一点的东西。
牛顿第一定律：不受力时，状态怎样
牛顿在伽利略等人研究的基础上，把这种认识概括为牛顿第一定律：
一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
这句话很短，却有三个地方值得慢下来读。
第一，“一切物体”没有挑对象，固体、液体和气体都遵循。第二，“没有受到力的作用”是定律所描述的条件；现实中也可能出现几个力的作用效果恰好相互抵消的情况，物体的运动状态同样不改变，具体怎样判断要到下一章研究。第三，“静止”与“匀速直线运动”不是让物体任选一个，而是由它原来的状态决定：原来静止，就继续静止；原来以某一速度沿直线运动，就保持这个速度的大小和方向。
小问题： 一只冰壶正在近似水平的冰面上向前滑。如果某一小段时间内可以忽略阻力，它还需要一个向前的力才能继续前进吗？
不需要。它原来就在运动，忽略水平阻力且竖直方向的重力与支持力平衡时，会保持原来的水平匀速直线运动。注意，这是个陷阱：“正在向前运动”不等于“一定受到向前的力”。力的作用是改变运动状态，例如使物体由静止变运动、由运动变静止、速度大小改变或运动方向改变；力不是维持物体原有运动的原因。
下面把“是否运动”“状态是否改变”和“力的作用”分开判断。先别凭“看起来在动”就急着找一个同方向的力。
牛顿第一定律不能由一次“完全不受力”的实验直接验证，因为这种理想条件很难实现。它是在大量可靠事实的基础上，通过科学推理概括出来的规律。把它说成“纯粹猜想”不对，说成“用一次实验直接证明”也不对。
惯性：物体为什么不愿意改变原状态
公交车突然起步时，乘客常会相对车厢向后倾；急刹车时，乘客又会向前倾。你可能会说“后面有个力把人拉倒了”或“刹车时人受到向前的惯性力”，但这两种说法都把现象想复杂了。
以刹车为例，乘客的脚先随车厢减速，上半身却倾向于继续保持原来向前运动的状态，于是人相对车厢向前倾。起步时，脚先随车运动，上半身倾向于保持原来的静止状态，于是相对车厢向后倾。匀速直线行驶时，人与车共同保持运动状态，通常不会因为惯性而突然前后倾。
物体保持原来运动状态不变的性质叫作惯性。牛顿第一定律也叫惯性定律。任何物体在任何情况下都有惯性：运动的足球有，静止的书本也有；固体有，水和空气也有。惯性不是一种力，因此不能说物体“受到惯性”“产生了惯性力”或“惯性方向向前”。规范说法是“物体由于惯性，仍要保持原来的运动状态”。
转弯时也别只会套“前倾、后仰”。汽车向左转，车厢和乘客的下半身受作用改变了运动方向，上半身却倾向于沿原来的直线方向运动，所以人相对车厢看起来向右侧倾。杯中的水也有惯性，车辆运动状态突然改变时水面会晃动，装得太满就可能洒出。可见，解释方向不能死背口诀，而要先画出物体改变前的运动方向，再看外界先改变了哪一部分。
进入情境判断站时，先找物体原来的状态，再找哪个部分的状态先被外力改变，最后说明另一部分由于惯性倾向于保持什么状态。
惯性有大小吗
空购物车容易启动和停下，装满货物后就更难改变运动状态。物体的惯性大小只与质量有关：质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。 惯性大小与物体是否受力、运动快慢以及所处位置无关。高速行驶危险，不是因为速度越大惯性就越大，而是高速时要在较短时间和距离内把运动状态改变过来更困难；这不能拿来改写惯性的决定因素。
惯性既能被利用，也可能带来危险。把锤柄下端在坚硬物体上撞击一下，锤柄突然停止，锤头由于惯性仍倾向于向下运动，便套得更紧；拍打衣服时，衣服突然运动，灰尘倾向于保持静止，便与衣服分离。车辆安全带则在急刹车时给人体施加作用，使人体随车减速。安全带不是“消除惯性”，而是减少人体继续向前运动造成的伤害。
现在回到中考复习视角，惯性解释题通常按三步写更稳：先说明研究对象原来的运动状态；再指出与它接触的物体发生了什么变化；最后写“研究对象由于惯性，仍要保持原来的……状态”，于是出现什么现象。只写“因为惯性”通常没有把因果链说明白，而写“受到惯性力”会把性质误写成力。
判断力与运动的关系时，别只问“物体动不动”，要问“运动状态有没有改变”；解释惯性现象时，别急着判断前后方向，先锁定物体原来是静止还是运动。
章末整理
- 水平面越光滑，小车受到的阻力越小，速度减小得越慢、运动得越远；实验要保持小车、斜面和释放高度等条件相同。
- 伽利略在实验事实基础上进行理想化推理，为牛顿第一定律奠定了基础；定律不是由一次完全不受力的实验直接验证出来的。
- 牛顿第一定律说明：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。力是改变物体运动状态的原因，不是维持运动的原因。
- 惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，不是力；一切物体都有惯性，质量越大，惯性越大。
- 解释惯性现象要找准研究对象和原来的运动状态，再说明状态改变的先后关系。
下一章我们会追问一个现实问题：物体几乎不可能真正不受力，那么受到几个力时，为什么也可能保持静止或匀速直线运动？这就要研究二力平衡、摩擦力以及运动状态怎样判断。
课后练习
1. 斜面小车实验的控制条件
探究阻力对小车运动的影响时，三次实验都让同一辆小车从同一斜面的同一高度由静止滑下。这样做的主要目的是（ ）
A. 使小车在水平面上受到的阻力相同
B. 使小车到达水平面起点时的运动情况相近
C. 使三个水平面的粗糙程度相同
D. 使小车在水平面上运动的距离相同
2. 从实验到推理
小车在毛巾、棉布和木板表面运动的距离逐渐增大。下列说法正确的是（ ）
A. 实验直接证明了小车不受力时永远运动
B. 表面越光滑，小车受到的阻力越小，速度减小得越慢
C. 小车停下说明力是维持运动的原因
D. 只要小车运动，就一定受到向前的力
3. 牛顿第一定律中的两种状态
两物体都不受力：甲原来静止，乙原来沿直线以不变速度运动。之后甲、乙的状态分别怎样？
4. 撤去推力以后
一个小球在非常光滑的水平面上运动。若它受到的作用效果可以忽略，撤去原来向前的推力后，小球将怎样运动？为什么？
5. 公交车上的现象
公交车向前行驶时突然刹车，站立乘客容易相对车厢向前倾。请用惯性解释。
6. 锤头为什么会套紧
锤头松动时，把锤柄下端竖直撞击坚硬物体，锤头往往会套得更紧。请说明其中的物理过程。
7. 关于惯性的辨析
下列说法正确的是（ ）
A. 静止的书本没有惯性
B. 汽车速度越大，惯性越大
C. 物体只有不受力时才有惯性
D. 装满货物的推车比空推车惯性大
8. 安全带没有“消除惯性”
有人说：“系安全带以后，急刹车时人的惯性就消失了。”这句话对吗？请给出完整解释。