一、定律定義
牛頓第一定律表明，當(dāng)合外力為零時(shí)，原來(lái)靜止的物體將繼續(xù)保持靜止?fàn)顟B(tài)，原來(lái)運(yùn)動(dòng)的物體則將繼續(xù)以原來(lái)的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。合外力為零包括兩種情況：一種是物體受到的所有外力相互抵消，合外力為零;另一種是物體不受外力的作用。有的專家學(xué)者認(rèn)為這種表述方式并不嚴(yán)謹(jǐn)，所以通常采用原始表述。
二、演繹過(guò)程
伽利略研究運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法是把實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)結(jié)合在一起，既注重邏輯推理，又依靠實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。他對(duì)光滑斜面的推論是通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，并推論得到的。但是這個(gè)完全光滑的斜面在現(xiàn)實(shí)中不存在，因?yàn)闊o(wú)法將摩擦力完全消除，因此理想斜面實(shí)驗(yàn)屬于伽利略的邏輯推理部分。
伽利略對(duì)光滑斜面的推論
現(xiàn)實(shí)中，當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下滾時(shí)，它的速度增大，而向上滾時(shí)，它的速度減小。
由此伽利略推論，當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)不增不減。實(shí)際上他發(fā)現(xiàn)，球愈來(lái)愈慢，后停下來(lái)。伽利略認(rèn)為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因?yàn)樗瑯舆�觀察到，表面愈光滑，球便會(huì)滾得愈遠(yuǎn)。
于是他推論，若沒(méi)有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去。
伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)
伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)如圖所示，讓小球沿一個(gè)光滑斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始下滾，小球?qū)L上另一個(gè)斜面，達(dá)到與原來(lái)差不多的高度然后再下滾。他推論，只是因?yàn)槟Σ亮�，球才沒(méi)能達(dá)到原來(lái)的高度。然后，他減小后一斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍達(dá)到同一高度，但這時(shí)它要滾得遠(yuǎn)些。繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，球達(dá)到同一高度就會(huì)滾得更遠(yuǎn)。
于是他對(duì)斜面平放時(shí)的情況進(jìn)行研究，結(jié)論顯然是球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去。這就是說(shuō)，力不是維持物體的運(yùn)動(dòng)即維持物體的速度的原因，而恰恰是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即改變物體速度的原因。因此，一旦物體具有某一速度，如果它不受力，就將以這一速度勻速直線地運(yùn)動(dòng)下去。
三、適用范圍
牛頓第一定律只適用于慣性參考系。在質(zhì)點(diǎn)不受外力作用時(shí)，能夠判斷出質(zhì)點(diǎn)靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系一定是慣性參考系，因此只有在慣性參考系中牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律才適用。
牛頓第一定律在非慣性參考系(即有加速度的系統(tǒng))中不適用，因?yàn)椴皇芡饬Φ奈矬w，在該參考系中也可能具有加速度，這與牛頓第一定律相悖。
當(dāng)牛頓第一定律不成立時(shí)，即非慣性系中，要用非慣性系中的力學(xué)方程求解力學(xué)問(wèn)題。式中為在慣性系中測(cè)得的物體受的合力，為在非慣性系中測(cè)得的慣性力,為非慣性系統(tǒng)的加速度。
1、超重現(xiàn)象
定義：物體對(duì)支持物的壓力大于物體所受重力的情況叫超重現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因：物體具有豎直向上的加速度。
2、失重現(xiàn)象
定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的情況叫失重現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因：物體具有豎直向下的加速度。
3、完全失重現(xiàn)象
定義：物體對(duì)支持物的壓力等于零的情況即與支持物或懸掛物雖然接觸但無(wú)相互作用。
產(chǎn)生原因：物體豎直向下的加速度就是重力加速度，即只受重力作用，不會(huì)再與支持物或懸掛物發(fā)生作用。是否發(fā)生完全失重現(xiàn)象與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，只要物體豎直向下的加速度等于重力加速度即可。
只有在平衡狀態(tài)下，才能用彈簧秤測(cè)出物體的重力，因?yàn)榇藭r(shí)彈簧秤對(duì)物體的支持力(或拉力)的大小恰等于它的重力。假若系統(tǒng)在豎直方向有加速度，那么彈簧秤的示數(shù)就不等于物體的重力了，大于mg時(shí)叫“超重”小于mg叫“失重”(等于零時(shí)叫“完全失重”)。
注意：物體處于“超重”或“失重”狀態(tài)，地球作用于物體的重力始終存在，大小也無(wú)變化。發(fā)生“超重”或“失重”現(xiàn)象與物體的速度V方向無(wú)關(guān)，只取決于物體加速度的方向。在“完全失重”(a=g)的狀態(tài)，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，比如單擺停擺、浸在水中的物體不受浮力等。
另外，“超重”或“失重”狀態(tài)還可以從牛頓第二定律的獨(dú)立性(是指作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的加速度)上來(lái)解釋。上述狀態(tài)中物體的重力始終存在，大小也無(wú)變化，自然其產(chǎn)生的加速度(通常稱為重力加速度g)是不發(fā)生變化的，自然重力不變。
