高一第一學期結束了，人教版必修一第四章是《牛頓運動定律》，學完後我就想根據自己的理解，總結整理一下牛頓三大定律及其內在聯繫，查閱了一些資料利用這幾天休息時間形成此文，與大家探討。
牛頓簡介
中文名
艾薩克·牛頓
外文名Isaac Newton
逝世日期1727年3月31日
逝世地英國 倫敦 肯辛頓
代表作品《自然哲學的數學原理》《光學》
智商290
所獲榮耀英國皇家學會會長
畢業院校格蘭瑟姆中學、劍橋大學
出生日期1643年1月4日
出生地英國 林肯郡 伍爾索普村
國籍英國
研究領域物理學、數學、天文學、科學
主要成就提出萬有引力定律、牛頓運動定律
與萊布尼茨共同發明微積分
發明反射式望遠鏡和光的色散原理
被譽為「近代物理學之父」
英國皇家鑄幣廠廠長和督辦
艾薩克·牛頓爵士，英國皇家學會會員，是一位英國物理學家、數學家、天文學家、自然哲學家和鍊金術士，被譽為「近代物理學之父」。他在1687年發表的論文《自然哲學的數學原理》裡，對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此後三個世紀裡物理世界的科學觀點，並成為了現代工程學的基礎。他通過論證克卜勒行星運動定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運動都遵循著相同的自然定律；從而消除了對太陽中心說的最後一絲疑慮，並推動了科學革命。
牛頓三大定律
牛頓關於力學的定律有三大定律，被稱為牛頓三大定律，分別是牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律，三大定律闡述了力學的內容，是人們研究力學的基礎規矩。
牛頓在1687年的時候將這三大定律的基本內容闡述在《自然哲學的數學原理》裡面，在牛頓三大定律被提出來之後，其在各個方面的應用就逐漸的被認知了，這三個定律闡述了力學的基本內容。
1、牛頓第一定律:一切物體總保持靜止或勻速直線運動的狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。
2、牛頓第二定律:物體在受到合外力的作用會產生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比於合外力的大小與物體的慣性質量成反比。
3、牛頓第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用力，總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。
三大定律內涵解讀
牛頓第一定律（慣性定律）
物理課本中表述：一切物體在不受外力作用時，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態。
牛頓在《自然哲學的數學原理》中的原始表述是：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止。牛頓第一定律表明，假若施加於某物體的外力為零，則該物體的運動速度不變。
用數學公式表示為Fi=0 =>dv/dt=0
其中，
從第一定律可以得到下面推論：
靜止的物體會保持靜止狀態，除非有外力施加於這物體。
運動中的物體不會改變其運動速度，除非有外力施加於這物體。注意到速度是矢量，物體運動速度的大小與方向都不會改變。
第一定律的建立，具有深刻的哲學意義，它告訴人們慣性是所有物體具有的本性，慣性大小隻與質量有關（質量物體是慣性大小的唯一量度），打破了地上運動和宇宙空間運動的人為界限，統一了宏觀與微觀的運動，並提出了處理任何運動的單一模式。
第一定律說明了力的含義：力是改變物體運動狀態的原因（之一），物體運動狀態的改變除了與力有關之外，還與質量有關（原因之二）。由此出發可順利研究物體運動狀態改變的原因。
牛頓第一定律並不是在所有的參照系裡都成立，實際上它只在慣性參照系裡才成立。因此常常把牛頓第一定律是否成立，作為一個參照系是否慣性參照系的判據。
牛頓第二定律( 加速度定律)
物理課本中表述： 物體運動的加速度與作用在物體上所有外力的合力成正比，與物體的質量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。
表達式：F=ma
牛頓在《自然哲學的數學原理》發表的原始表述：
動量為的質點p，在外力F的作用下，其動量隨時間的變化率同該質點所受的外力成正比，並與外力的方向相同，用公式表達為：
加速度形式的牛頓第二定律:當運動中的物體質量不變時，牛頓第二定律可以表述為：物體所受到的外力等於質量與加速度的乘積，而加速度與外力同方向。以方程表達，
其中，F是外力，m是質量，a是加速度。
按照第二定律，設定物體的質量不變，則物體的加速度與所受到的外力成正比，設定物體所受到的外力不變，則物體的加速度與質量成反比。
假設施加外力於某物體，則由於該物體的加速度只與外力、質量有關，在任何狀況下，質量不變的物體都會表現出同樣的加速度：
a=F/m
牛頓第二定律特點
瞬時性：牛頓第二運動定律是力的瞬時作用效果，加速度和力同時產生、同時變化、同時消失。
矢量性：加速度和合力的方向始終保持一致。
獨立性：物體受幾個外力作用，在一個外力作用下產生的加速度只與此外力有關，與其他力無關，各個力產生的加速度的矢量和等於合外力產生的加速度，合加速度和合外力有關。
同體性：公式中F、m、a，都對應同一物體或物體系統。
因果性：力是產生加速度的原因 力決定加速度。
局限性——慣性參考系：若要知道物體在某一時刻的加速度，則必須從某個靜止物體（或呈勻速直線運動的物體）測量物體隨著時間的流逝而改變的位移，而在外力為零的前提下，這個靜止物體（或呈勻速直線運動的物體）必須保持運動狀態不變，這意味著必須從慣性參考系來測量整個物理系統。因此，牛頓第二定律已事先假設，物體的加速度是從慣性參考系測量到的數值。質量守恆：經典力學有一個隱藏的假定，即質量守恆，這又被稱為「牛頓第零運動定律」。牛頓並沒有直接地提出這定律。第零運動定律表明，物體的質量守恆，與速度無關，與物體的受力無關．當幾個物體相互作用時，或許會有質量從一個物體轉移到另一個物體，但總質量不變。[3]（根據相對論，這個假設是不正確的，只是經典力學框架下的一個假設。）
決定性：牛頓第二定律是一種決定性定律。假定物體的質量、初始位置與初始速度為已知量，則從施加於物體的外力，可以應用牛頓第二定律來計算出物體在其運動軌跡的任意時間的位置與速度。
等值不等質性：雖然F=ma，但ma不是力，而是反映物體狀態變化情況的；雖然m=F/a，但是F/a是度量物體質量大小的方法，m與F或a無關。
牛頓第二定律被譽為經典力學的靈魂。在經典力學裡，它能夠主導千變萬化的物體運動與精彩有序的物理現象。
牛頓第二定律是一個涉及到物體運動的理論，根據這定律，任意物體的運動所出現的改變，都是源自於外力的施加於這物體。這理論導致了經典力學的誕生，是科學史的一個裡程碑，先前只是描述自然現象的理論不再被採納，取而代之的是這個創立了一種理性的因果關係架構的新理論。實際而言，經典力學的嚴格的因果屬性，對於西方思想與文明的發展，產生了很大的影響。
第二定律指出了力的作用效果：力使物體獲得加速度。
由 第二定律定義了力的單位：1N=1Kgm/s^2
牛頓第三定律（作用與反作用定律）
物理課本中的表述：兩物體間的作用力和反作用力總是作用在一條直線上，大小相等方向相反。表達式為F=-F』
牛頓是從研究、總結碰撞問題出發提出了牛頓第三運動定律，並從理論和實驗兩方面進行了驗證。1687年，牛頓才正式將第三定律作為「運動定律三」提了出來，他寫道:「每一個作用總有一個大小相等而方向相反的反作用;或者說，兩個物體的相互作用總是大小相等方向相反。」
第三定律揭示出力的本質：力是物體間的相互作用。
牛頓第三定律的特點
1.普遍性：適用於任何物體，與運動狀態無關。
2.同時性：同時產生，同時變化，同時消失。
3.相互性：它們之間的作用總是相互的。 作用力和反作用力是相互的，互相依賴相為依存，均以對方存在為自已存在的前提，沒有反作用力的作用力是不存在的；力具有物質性，不能脫離開物體（物質）而存在；力總是兩個以上物體之間的相互作用產生的。
4.瞬時性：即作用力和反作用力的同時性，它們是同時產生、同時消失、同時變化，作用力與反作用力的地位是對等的，稱誰為作用力誰為反作用力是無關緊要的。
5.同質性：同一性質的力。作用力和反作用力必須是同一性質的力，即作用力為彈力反作用力也一定是彈力，反之亦然。而自然界僅有四類基本的相互作用，即電磁相互作用、引力相互作用、強相互作用和弱相互作用，所以從本質上區分力的性質也僅存在這四種，作用力與反作用力確實必須屬於同一性質的力。
6.異體性：作用在兩個物體上，產生的效果不能抵消作用力和反作用力不能求和，即不能將第三定律寫成F-F'=0，原因是作用力和反作用力分別作用在兩個不同的物體上，各自產生的作用效果不同。作用力與反作用力的作用效果不能相互抵消。
從牛頓第三定律的發現過程可以看出，牛頓從力的觀點出發研究碰撞問題時發現作用與反作用定律，他是在別人對動量研究的基礎上，更深入一步，從而揭示了兩物體碰撞時力的相互作用規律的。因此，如果說牛頓第一、第二定律是牛頓在總結前人工作的基礎上提出的話，那麼牛頓第三定律則完全是牛頓本人獨立作出的偉大發現。
牛頓第三運動定律揭示了兩個物體之間相互作用的關係。第三定律與動量守恆定律等將有關物體的運動關聯起來，揭示了「內力」的涵義；和萬有引力定律開創了天體力學，揭示了日、月、星辰的運行規律。該定律還給出了對自然力的普遍陳述，所有力都可以歸屬到第三定律所定義的自然力的範疇之中。
牛頓三大定律的聯繫
1、牛頓運動定律中的各定律互相獨立，且內在邏輯符合自洽一致性。其適用範圍是經典力學範圍，適用條件是質點、慣性參考系以及宏觀、低速運動問題。牛頓運動定律闡釋了牛頓力學的完整體系，闡述了經典力學中基本的運動規律，在各領域上應用廣泛。
2、牛頓運動定律是力學中重要的定律，是研究經典力學甚至物理學的基礎，闡述了經典力學中基本的運動規律。該定律的適用範圍為由牛頓第一運動定律所給出慣性參考系，並使人們對物理問題的研究和物理量的測量有意義。
3、牛頓運動定律批駁了延續兩千多年的亞里斯多德等人關於力的概念的錯誤觀點，為確立正確的力的概念奠定了基礎。該定律最早科學地給出了慣性質量、力等經典力學中的幾個基本概念的定性定義，為由牛頓運動定律建立起來的質點力學體系原理奠定了概念基礎。
4、牛頓運動定律中的第一定律是其它原理的前提和基礎，奠定了經典力學的概念基礎，從而使它處於理論系統中第一個原理的前提地位。第二定律和動量定理、功能原理等，確定了物體運動狀態的變化與外界作用的關係。第三定律和動量守恆定律等，將有關物體的運動關聯起來；和萬有引力定律，開創了天體力學，使人們第一次對日、月、星辰的運行規律有了準確的了解；給出了對自然力的普遍陳述，揭示了兩物體相互作用的規律，為解決力學問題、轉換研究對象提供了理論基礎。
5、 牛頓通過對笛卡爾、伽利略等人對物體運動研究歸納總結，系統的研究了力與運動的關係， 第一定律定性的說明了物體運動狀態改變與力和質量有關，但沒有給出它們之間的具體數量關係，它闡述的是物體不受外力的理想狀態為，第二定律埋下伏筆，它是第二、第三定律的基礎。
6、牛頓第三運動定律不僅揭示兩物體相互作用的規律，而且為解決力學問題，轉換研究對象提供了理論基礎，拓寬了牛頓第二定律的適用範圍，是牛頓物理學中不可分割的重要組成部分。我們在對受力分析時經常需要轉化研究對象，牛頓第三定律為我們提供強有力的保證。
7、由僅關注單一物體（只研究一個物體）的第一定律和第二定律出發，結合第三定律擴展了研究對象，就自然而然地解決了全部不論多麼複雜的系統的動力學問題了。第三定律是確實是完全獨立的基本規律，它不能由第二定律推演得出，第二定律也代替不了第三定律，第一定律更不能取代第三定律。