牛顿定律范文第1篇
牛顿第二定律定量地给出了物体的加速度的大小跟它所受的合力成正比, 跟物体的质量成反比, 加速度的方向跟合外力的方向相同, 其数学表达式为F=ma。
本人从事大中专及高职物理教学工作多年, 发现这样一种现象, 在经典力学重点章节中, 除运动学一章外, 其余各章节的主要内容都可以由牛顿第二定律推导而来, 力学中几乎所有的定理、定律都要用到牛顿第二定律来推导、证明。下面举几个例子来说明。
1 结合功的定义、运动学公式推导动能定理
如图1所示, 设质量为m的物体, 在水平拉力F作用下, 在光滑的水平面上运动, 设物体初速度为V1, 发生一段位移S后速度变为V2。
在这一运动过程中, 外力F对物体所做的功为W=FS。
根据牛顿第二定律F=ma和运动学公式代入上式可得
其中Ek2, Ek1分别表示物体的末动能和初动能。上式表明, 合外力对物体所的功等于物体动能的变化。
以上过程就是动能定理的推导。利用动能定理还可以导出机械能守恒定律。
2 结合加速度的定义公式推导动量定理
设一个质量为m的物体, 初速度为V0, 在合外力F的作用下, 经过时间t后速度变为Vt, 根据牛顿第二定律有F=ma。
即F·t=pt-p0
上式表明, 物体所受合外力冲量等于物体动量的变化。
以上就是动量定理的推导, 利用动量定理和牛顿第三定律即可推导出动量守恒定律。
3 应用牛顿第二定律推导向心力公式
牛顿第二定律除了在推导相关定理、定律中起主要作作用外, 还在高职教材第6章曲线运动中有重要的应用, 比如向心力公式的推导。
如图2所示, 一质点受到拉力F的作用在光滑的平面内而做匀速圆周运动, 则据牛顿第二定律有:。
如图3所示, 根据放大了的矢量三角形△ACD。
所以, 向心力的公式为:
4 应用牛顿第二定律解题
应用牛顿第二定律解题, 主要有以下三种类型:
(1) 直接套用公式
例:一个铁块在8N的力作用下, 产生的加速度是, 它在12N作用下产生的加速度是多少?
分析与解答:这是一道直接套用公式的题目。物体的质量一定, 加速度与力成正比。
(2) 已知物体的受力情况, 求运动情况。
例:如图4所示:一质量为5kg的滑块在F=15N水平拉力作用下由静止开始做匀加速直线运动, 若滑块与水平之间的动摩擦因数为0.2, 则求:滑块受到水平面的支持力;滑块运动的加速度;滑块在力F作用下经过5S通过的位移。
分析与解答:这是一个已知物体的受力情况求运动情况的问题。首先要确定问题的研究对象, 分析它的受力情况。木块受到四个力的作用:水平方向的拉力F和滑动摩擦力f、竖直方向的重力G和水平面对木块的支持力N如图5所示。
其次分析木块的加速度情况。依题意, 木块加速度与合外力方向相同, 木块做匀加速直线运动。选取水平向右方向为x轴正方向, 竖直向上的方向为y轴的正方向。
应用牛顿运动定律列出方程求解。
沿y轴方向平衡,
沿x方向产生加速度
运用运动学公式求出滑块在5S内的位移为:
(3) 已知物体的运动情况, 求受力情况
如图6所示, 质量为m的物块在与水平方向成θ=37°角的斜向上拉力F的作用下沿水平面以的加速度运动, 物块与水平面间的动摩因数为0.2, 求拉力的大小。 (sin37°=0.6, cos37°=0.8)
分析与解答:这是一个已知物体的受力情况, 求运动情况的问题首先要确定问题的研究对象, 分析物块的受力情况。物块受到四个力的作用:重力G, 方向竖直向下;地面的支持力N, 方向垂直向上;拉力F, 方向与水平方向成37°;滑动摩擦力f, 方向水平向左, 如图7所示。
其次分析物块的加速度情况。物体运动的加速度题目中已告之。选取直角坐标系, 将力F分解成Fcosθ和Fsinθ应用牛顿运动定律求解。
沿y方向受力平衡,
沿x方向合力产生加速度Fsinθ-f=ma
即Fsinθ-µ (mg+Fsinθ) =ma
5 在其它学科中的应用
本人在从事高职机电专业工程力学的教学中, 发现牛顿第二定律在该教材第16章构件动力学基础;第18章动静法中都有重要的应用。例如:第18章动静法中, 惯性力的概念是这样讲的:质点由于惯性必然给施力物体以反作用力, 该反作用力即为质点的惯性力。质点惯性力的大小等于质点的质量与其加速度的乘积 (其表达式与牛顿第二定律相同) , 方向与加速度的方向相反。作用于质点上的主动力、约束反力及惯性力, 在形式上构成一平衡力系。此即为达朗伯原理。
可见, 牛顿第二定律在经典力学中占有十分重要的地位和作用。学好它, 对于后续课程的学习将起到很好的帮助作用。
摘要：本文从著名的牛顿第二定律入手, 紧扣中专信高职物理教材的体系, 理论上阐明了牛顿第二定律是贯穿整个力学的主线, 是整个力学的灵魂, 力学中几个重要的定理都可以从牛顿第二定律引伸出来, 强调了牛顿第二定律在力学中的地位。
关键词：牛顿第二定律,动能定理,达朗伯原理
参考文献
[1] 林理忠, 李跃红.物理 (上) [M].北京:中央广播电视大学出版社, 2002.
[2] 物理编写组.物理第一册[M].苏州:苏州大学出版社, 2001.
[3] 姚琴芬.物理练习册[C].江苏:江苏广播电视大学出版社, 2002.
[4] 人民教育出版社职业教育中心编.物理[M].北京:人民教育出版社, 2002.
牛顿定律范文第2篇
一、牛顿第一定律
牛顿第一定律又被人们称为惯性定律, 其主要内容是:任何物体都要保持匀速直线运动或是静止的状态, 除非遇到外力改变它的运动状态。牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因[1]。关于牛顿第一定律, 在学习的过程中, 根据老师的讲解, 我明白了需要从三个角度进行理解。
1) 任何物体匀速直线运动或是静止状态都是相对的, 它们会随着参考系的不同而发生改变。例如一辆在公路上进行匀速直线运动的小车对于公路旁边的小树而言是运动的, 但是对于与小车保持着同一速度进行匀速直线运动的另一辆小车而言是静止的。所以, 物体的运动状态都是相对的。通过老师的举例, 我明白了牛顿第一定律只能用在惯性参考系中。
2) 任何物体都有保持着原有的运动状态不变的性质, 这种性质就是惯性。在课堂上, 老师给我们举例, 例如平时骑自行车的时候, 当手握刹车时, 自行车并不会立马停下来, 而是会往前滑行一段距离。而滑行这一段距离的原因就是因为之前自行车有一个速度。通过生活中的常见现象, 使我更好的理解惯性。
3) 力可以改变物体的运动状态。这一点相对比较容易理解, 在生活中的现象也比较普遍。例如在骑自行车上学的路上, 因为红灯等在路口, 这时候的运动状态是静止。当红灯转绿时, 需要用力踩住自行车, 才能使自行车改变原来的状态动起来。由此可知, 要想改变物体的运动状态, 需要力的作用。
二、牛顿第二定律
牛顿第二定律简称为牛二律, 其主要内容是:物体的加速度的大小与作用力的大小成正比, 与物体质量的大小成反比, 且加速度的方向为作用力的方向[2]。公式表述为F=ma, 其中a为加速度, m为质量。对于牛二律的学习, 在老师的指导下, 应从以下几个方面进行理解。
1) 加速度的产生原因是在有质量的物体上受到了力的作用, 所以, 加速度与力的存在具有一致性, 即, 有力就会存在加速度, 当力消失的瞬间, 加速度也不再存在。
2) F所代表的力是合力, 即作用在一个物体上的各个力进行相互抵消与叠加的结果。各个分力作用在物体上产生的分加速度进行运算后与合力产生的加速度是一致的。
3) 加速度是矢量, 所谓矢量就是不仅有大小还有方向的物理量。加速度的方向就是所受力的方向, 在学习的过程中需要注意的是有时加速度的方向与速度的方向并不一致。
4) 在学习牛二律的时候, 利用打点计时器进行了实验, 由此验证牛顿第二定律的正确性。在实验中, 要根据砝码重量的不同以及所打点的间隔不同分别进行F与m、F与a的关系验证。
三、牛顿第三定律
牛顿第三定律的具体内容是指相互作用的两个力总是大小相等方向相反[3]。公式表示为F=F'。在学习关于牛顿第三定律的时候, 难点是要区别一对平衡力与作用力和反作用力。一对平衡力与作用力和反作用力可以从以下几个方面来进行区分。
1) 从受力物体的角度, 平衡力指的是作用在一个物体上的两个力, 作用力指的是作用在两个物体上的两个力。
2) 从力的性质而言, 一对平衡力他们的性质不一定相同, 但是作用力与反作用力一定相同, 且当平衡力中的一个力消失时, 另一个力不一定会消失, 但是在作用力与反作用力当中, 一个消失, 另一个力必然会消失。
一对平衡力与作用力与反作用力之所以容易混淆是由于一些相似之处, 例如二者力的大小都相同, 方向均相反。只要将这些要点都搞清楚, 在以后的学习中就不会混淆了。
四、牛顿三大定律在实际生活中的应用
学习牛顿三大定律可以帮助我们解决一些生活中的问题, 同时也能够增强我们理性思维的能力。以下以一简单例题说明三大定律的应用。
例:一个质量为的小木块以一个5m/s的速度滑上质量为1.6kg的静止小车上, 其中动摩擦因数为0.2, 求木块在小车上滑行的时间 (小车足够长) 。
分析:由牛顿第三定律可知, 由木块和小车之间的摩擦产生的作用力与反作用力是使木块与小车最终保持相对静止的动力, 由牛顿第二定律可知, 小车由于摩擦力产生了加速度使得小车运动起来, 最终和木块相对静止。
五、结语
通过学习牛顿三大定律, 使我对于事物运动的规律有了一定的认识, 更加能够利用科学知识解释生活中的现象。
摘要：在高中物理的学习过程中, 牛顿三大定律作为力学的主要研究对象, 在整个高中的学习过程中都有非常重要的地位。在学习物理尤其是牛顿三大定律的时候, 应该掌握一定的方法与技巧。这样才能更好的理解力学、理解物理。
关键词：高中物理,牛顿三大定律,学习
参考文献
[1] 郑丹.高中物理牛顿运动定律教学研究[D].华中师范大学, 2010.
[2] 吕付丽.高中物理牛顿运动定律中“前概念”的实践研究[D].内蒙古师范大学, 2010.
牛顿定律范文第3篇
一天，小牛顿兴冲冲地跑到外祖母面前说：“外婆，你看这个。”外祖母一看小牛顿手里捧着一面木板，中间钉着一个钉子，四周画着一条条放射形的线条，外祖母问：“这是什么呀?”
“太阳钟。太阳光把钉子的影子投到哪条线上，就可以看出是什么时间了。”
“是谁教你做的呀?”
“是我自己想出来的。”小牛顿自豪地回答。||
牛顿长大以后，始终保持着善于思考、勇于创新的精神，取得了许许多多科学研究成果。||
(1)在括号里填入适当的词。
一()木板一()钉子一()线条
(2)写出近义词。
喜欢——()自豪——()
保持——()成果——()
(3)短文已用“||”分成三段，第二段写了 ____________________________ 。
(4)这篇短文主要写了________________________的事。
(5)这篇短文说明了什么?(在正确答案后画“√”)
a.牛顿小时候喜欢自己动脑筋做一些手工制品。() b.牛顿善于思考，自己制作了太阳钟。()
c.牛顿从小就善于思考，勇于创新。()
d.牛顿始终保持善于思考、勇于创新的精神，长大以后取得了许多科研成果。()
(6)读了这篇短文，对你有什么启发?
《长春花》文段选读
(一)
“六一”是我们少年儿童的节目。节目前夕，同学们把家里最美的盆花搬到学校里来装点校园。我搬来献给学校的，是一盆长春花。那是我生日的时候，五叔叔来祝贺，并送给我一株花苗。爸爸告诉我：“这是长春花，是用科学方法培育出来的新品种。”有一天天晚了爸爸下班回来边脱外衣边问我小明给长春花浇水了吗哎呀我回家玩都来不及怎么会老记着给花浇水呢我回爸爸的话爸爸什么也没说，就自己舀了一勺清水，向阳台上跑去。
一天夜里，我在梦中被爸爸推醒了。那时，狂风暴雨正猛烈地拍打着窗户。爸爸叫我去把阳台上的那盆花端进屋，还特地和我一起去呢!
从此，我不敢疏忽。我运用爸爸教我的知识，精心地给它施肥、松土、除草、灭虫。
不久，长春花开了，开得多美啊!同一株长春花竟交映着五六种不同的花色，白的像雪，红的像霞……在它开放的日子里，我似乎一天到晚都闻到它那飘得老远老远，淡淡的清香。
现在，每当人们在校园里围着这盆长春花，赞美它既美丽又有清香的时候，我是多么高兴呀!
“用自己的辛勤劳动和智慧培育出来的美，并把美献给集体的人，他的心灵是美的，美得像一朵纯洁的花。”听到大家对长春花的赞美，我回想起辅导员对我们说的这段话。我懂得了五叔叔和爸爸的心意了。
1、在第三自然段的空白处加上标点符号。(3分)
2、写出下列词语的近义词。(4分)
似乎() 疏忽()赞美()祝贺()
3、第六自然段从4分)
4、这篇短文是按的词语
4分)
5、用“”画出大家对长春花的赞美的话语。(2分)
牛顿定律范文第4篇
现在去医院作血液测试的项目之一，己不再是“血黏度检查”，而是“血液流变学捡查”(简称血流变)，为什么会有这样的变化呢?这就要从非牛顿流体谈起。
斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程(简称：纳斯方程)。
后来人们在进一步的研究中知道，牛顿黏性实验定律(以及在此基础上建立的纳斯方程)，对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线性关系。
为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间己不再是线性关系，己无法只测一个点，给出斜率(即黏度)来说明血液的力学特性，只好作血流变学测试，测三个点，给出剪应力与剪切应变率之间的非线性曲线关系。
形形色色的非牛顿流体
早在人类出现之前，非牛顿流体就己存在，因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”，都属于非牛顿流体。
近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一，是聚合物工业的发展。聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龙
6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等，都是非牛顿流体。
石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨、牙膏、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、磁浆、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体。
非牛顿流体在食品工业中也很普遍，如番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、菜汤、浓糖水、酱油、果酱、炼乳、琼脂、土豆浆、熔化巧克力、面团、米粉团、以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料。
综上所述，在日常生活和工业生产中，常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体，差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，加入一些聚合物，在改进其性能的同时，也将其变成为非牛顿流体，如为提高石油产量使用的压裂液、新型润滑剂等。
现在也有人将血液、果浆、蛋清、奶油等这些非常黏稠的液体，牙膏、石油、泥浆、油漆、各种聚合物(聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等)溶液等非牛顿流体，称为软物质。
非牛顿流体的奇妙特性及应用
射流胀大
如果非牛顿流体被迫从一个大容器，流进一根毛细管，再从毛细管流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大。射流的直径与毛细管直径之比，称为模片胀大率(或称为挤出物胀大比)。对牛顿流体，它依赖于雷诺数，其值约在0.88～1.12之间。而对于高分子熔体或浓溶液，其值大得多，甚至可超过10。一般来说，模片胀大率是流动速率与毛细管长度的函数。
模片胀大现象，在口模设计中十分重要。聚合物熔体从一根矩形截面的管口流出时，管截面长边处的胀大，比短边处的胀大更加显著。尤其在管截面的长边中央胀得最大。因此，如果要求生产出的产品的截面是矩形的，口模的形状就不能是矩形，而必须是四边中间都凹进去的形状。
这种射流胀大现象，也叫Barus效应，或Merrington效应。
奶酪生产情景：奶酪从管中流出后马上胀大
爬杆效应
1944年Weissenberg在英国伦敦帝国学院，公开表演了一个有趣的实验：在一只盛有黏弹性流体(非牛顿流体的一种)的烧杯里，旋转实验杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面将呈凹形;而对于黏弹性流体，却向杯中心流动，并沿杆向上爬，液面变成凸形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观察到这一现象。
爬杆效应也称为Weissenberg效应。在设计混合器时，必须考虑爬杆效应的影响。同样，在设计非牛顿流体的输运泵时，也应考虑和利用这一效应。
爬杆效应实验：左为牛顿流体，右为黏弹性流体
无管虹吸
对于牛顿流体来说，在虹吸实验时，如果将虹吸管提离液面，虹吸马上就会停止。但对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液和百分之一的POX水溶液，或聚醣在水中的轻微凝肢体系等，都很容易表演无管虹吸实验。将管子慢慢地从容器拨起时，可以看到虽然管子己不再插在液体里，液体仍源源不断地从杯中抽出，继续流进管里。甚至更简单些，连虹吸管都不要，将装满该液体的烧杯微倾，使液体流下，该过程一旦开始，就不会中止，直到杯中液体都流光。这种无管虹吸的特性，是合成纤维具备可纺性的基础。
无管缸吸：对于化纤生产有重要意义
湍流减阻
非牛顿流体显示出的另一奇妙性质，是湍流减阻。人们观察到，如果在牛顿流体中加入少量聚合物，则在给定的速率下，可以看到显著的压差降。湍流一直是困扰理论物理和流体力学界未解决的难题。然而在牛顿流体中加入少量高聚物添加剂，却出现了减阻效应。有人报告：在加入高聚物添加剂后，测得猝发周期加大了，认为是高分子链的作用。
湍流减阻
减阻效应也称为Toms效应，虽然其道理尚未弄得很清楚，却己有不错的应用。在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防车龙头喷出的水的扬程提高一倍以上。应用高聚物添加剂，还能改善气蚀发生过程及其破坏作用。
湍流减阻：在同样动力下两幅消防水龙头喷水图 上图为未添加聚乙烯氧化物的情形 下图为添加聚乙烯氧化物后的情形
非牛顿流体除具有以上几种有趣的性质外，还有其他一些受到人们重视的奇妙特性，如拔丝性(能拉伸成极细的细丝，可见“春蚕到死丝方尽”一文)，剪切变稀(可见“腱鞘囊肿治愈记”一文)，连滴效应(其自由射流形成的小滴之间有液流小杆相连)，液流反弹等。
由于非牛顿流体涉及许多工业生产部门的工艺、设备、效率和产品质量，也涉及人本身的生活和健康，所以越来越受到科学工作者的重视。1996年8月在日本京都国际会议中心，召开的第19届国际理论与应用力学大会(IUTAM)上，非牛顿流体流动是大会的6个重点主题之一，也是流体力学方面参与最踊跃的主题。Grochet邀请报告的观点是，高分子溶液和熔体的特性远异于牛顿流体，并认为对这些异常特性的研究，都是带有挑战性的课题。
牛顿定律范文第5篇
在定律中“物体”的概念，物体是由原子、分子、质子、中子、电子、夸克等基本粒子构成的，构成物体的基本粒子就有基本粒子的数量及排列方式、位置共同存在的事实。还有绝对化的“任何物体”这几个字，可以认为，任何物体就是基本粒子的任何数量及任何排列方式、位置。在定律中所讲到的“质量”，对于“质量”来说，也有基本粒子的数量及排列方式、位置共同存在的事实。还有与距离的平方成反比。总结：两个质点之间万有引力的大小：与基本粒子的数量及排列方式、位置有联系。而且与距离的平方成反比。
库仑定律：“两个磁极间的引力或斥力的方向在两个磁极的连线上，大小跟它们的磁极强度的乘积成正比，跟它们之间距离的平方成反比。” 在定律中“磁极”的概念，磁极是由原子、分子、质子、中子、电子、夸克等基本粒子构成的，构成磁极的基本粒子就有基本粒子的数量及排列方式、位置共同存在的事实。
在定律中所讲到的“磁极强度”，对“磁极强度”来说，也有基本粒子的的数量及排列方式、位置共同存在的事实。还有与距离的平方成反比。
总结：两个磁极间的引力或斥力的大小：与基本粒子的数量及排列方式、位置有联系。而且与距离的平方成反比。通过以上总结，证明了影响万有引力大小与影响磁力的大小的因素是同样的：与基本粒子的数量及排列方式、位置有联系。而且与距离的平方成反比。由此证明，万有引力与磁力可以转换，物体间是万有引力或是磁力是由基本粒子的排列方式、位置所决定。电埸同样也用以上的理由。关于电与磁的互相转换，网友们是很清楚的，没有必要多讲了。
当然，有的网友不同意用原子、分子的排列来统一牛顿万有引力定律与库仑定律，但是，你无法否认：“两个质点之间万有引力的大小：与基本粒子的数量及排列方式、位置有联系。而且与距离的平方成反比。”，“两个磁极间的引力或斥力的大小：与基本粒子的数量及排列方式、位置有联系。而且与距离的平方成反比。”这样的客观存在的事实.
牛顿定律范文第6篇
摘要：基础研究原始创新是科学之本、技术之源，对经济社会发展起着支撑和前瞻引领作用，关系科技发展的后劲和经济社会发展的未来。主要包括：创新思想具有独创性、非共识性和转化性；创新过程具有探索性、不确定性、长期性；创新结果具有首创性、超前性和承认的滞后性；发挥作用具有研究牵引性、高技术先导性和产业发展带动性；研究者具有群体性、传承性和非功利性。深入研究原始创新的特点，对于指导和管理基础研究具有重要意义。
关键词：基础研究；原始创新；特点；
0引言
“原始创新”一词最早出现在董晋曦的论文中，是2000年以前唯一能查到的文献。而2000年共检索到8篇论文，其中5篇是路甬祥院士撰写的，此后关于原始创新的论文大量产生，目前学术界关于原始创新的内涵并没有统一的认识和规范，研究者分别从不同的角度对原始创新的内涵进行了研究，原科技部长徐冠华、清华大学沈德忠、中国社会科学院哲学所金吾伦、复旦大学的吴海江、国家自然科学基金委员会的叶鑫生等都分别从不同的侧面给出了原始创新的含义和解释。从说文解字的角度看，原：最初的、开始的；始：最初、起头、开始；创：创始、首创；新：初次出现的，与“旧”相对。原始：最初的。这些字或者词都有最初的、开头的、首创的等意义，无论是原始创新、源头创新都体现在最初的和开始的。基礎研究是探索未知领域的，其目的是通过科学实验和理论揭示事物的结构、运动既相互作用规律，发现新现象，提出新概念、新原理，深化人们对自然界的认识，丰富完善科学知识体系。基础研究原始创新就是某一创新行为的发生将引发一系列与之相关的或以此为基础的新知识，或导致新的知识创造方法的出现，在世界范围内是突破性的，以此为起点，吸引一大批研究人员做扩展性或跟踪性研究，从而推动学科的变革，开辟新的研究方向、新的研究领域或开创新学科，它突破了特定研究方向或研究领域知识创新的“瓶颈”，更可能开创新的研究方向和研究领域，开辟新的创新周期，掀起新的创新高潮，从而形成知识生产的“连锁反应”，导致大量高新技术的产生，促进经济的发展。这已发展成为国家利益的一项重要战略投资，清楚地认识基础研究原始创新的特点，对于提高管理水平、加强基础研究规划，具有重要的指导作用。
1创新思想的特点
1.1独创性
科学研究往往是某个人首先形成新思想，在特定的地点、特定的时间提出来，是研究者个人独特的创意（idea）。英国科学家霍金曾指出：“推动科学前进的是个人的创见”。换句话说“最初就来自一个人头脑中的一个念头”。研究发现，任何一项原始创新，不管参与的人员有多少，提出原始创新思想的人，才是科学最主要的贡献者。如2015年获得诺贝尔生理和医学奖的中国科学家屠呦呦，虽然整个青蒿素项目是一个很大的科学家群体共同研究完成，但她是第一个“把青蒿素带人了国家公关项目、并提取出了具有100%活性的青蒿素、同时将青蒿素运用到临床并证实它有效等研究工作”，由于这3方面研究工作的“第一”而获奖。因此，个人的独到的创新思想，也就是个人的原始创意，是源于一个或者一组原始创意（Original Idea），通过科研人员在一定条件下实现它，经过实验或者理论验证并为同行普遍接受的过程。重视研究人员原始创新思想在于放弃传统观念，打破惯性思维，鼓励“奇思异想”、“标新立异”具有变革性创新的学术思想，鼓励敢为人先的创意创造，逐步实现由“跟踪研究”转向“原创研究”，尽可能促进更多的原始创意发展成为原始创新。科研的选题就是把捕捉到的新现象、提出的全新问题、以及提出新的观点和思路，通过科学语言转化为能够实现的计划书。通常说“做学问的最高境界不是博大精深，而是原创”，强调原始创意就是强调科学发现的优先权。基金项目的评审强调“原创性”，其意义也就在于此。
1.2非共识性
由于超前的研究思想只是极少数科研人员提出来的，大多数研究者不一定立即认识或者接受它，原因是提出者的思想已经远远超出同代人的认识水平，所以得不到多数同行的认同而成为少数，由于这种思想往往与当时社会上公认的“理论”不符，甚至是矛盾的，往往遭到多数同行的反对或者压抑。这种非共识性在科学史上比比皆是，如19世纪俄国化学家门捷列夫开始元素周期率探索时，就受到权威齐宁的一再劝告，由于门捷列夫的坚持，最终发现了元素周期律。由此说明基础研究原创思想的提出，开始人们很难做出“预见”也不易达成“共识”，通常只有研究者个人或者少数同行获得认可，即缺乏共识性。一旦获得成功，往往开辟新的研究方向和研究领域，甚至创建新的学科。如《天体运行论》的出现、红外线的发现、孟德尔的《植物杂交实验》、《光频率介质纤维表面波导》等研究，都经历过从“非共识”到共识的漫长过程。在科学研究的资助上，必须高度重视对原始创新思想的支持，以免因得不到支持而失去科学重大发现的机会。
1.3可转化性
研究思想无论多么超前，必须转化为科学问题，才可进行研究。这本身就要求具有超前思想的人，具有极高的学术水平，才能洞察学科前沿领域的问题，判别其难易，以及对本学科发挥作用的大小。同时还要有深厚的文学功底，具有极强的概括能力，提出的问题言简意赅，又不失清晰性。提出具有重大科学意义的问题也是原始创新。提出的问题具备3大特征：①易懂性和清晰性。原因在于容易理解的问题吸引研究者的兴趣，复杂的问题却使研究者望而止步；②虽然难度很大，但给研究者以希望，在通向科学高峰的崎岖道路上，它是研究者前进的一盏明灯，最终成功的喜悦作为研究者的报偿；③科学意义深远，能使人发现新方法和新观点，达到更为广阔和自由的境界。正如1900年希尔伯特在巴黎召开的世界数学家大会上，提出了上世纪数学家应努力解决的23个问题，即著名的“希尔伯特问题”。这些问题既包括大名鼎鼎的“哥德巴赫猜想”，也包括“开普勒猜想”。人们只要成功地解决其中的一个问题，都可使自己成为著名的科学家。诺贝尔物理学奖获得者李政道提出了21世纪物理学的4个重大问题，为什么我们要相信“对称”？为什么夸克不能单独存在？暗物质存在有什么依据？类星体的巨大能量来自哪里？这些很可能是本世纪物理学的研究目标。总之，超前的研究思想只有高度概括转化为研究同行易懂的科学问题，才能引起科学家研究的兴趣。
2创新过程的特点
2.1探索性
基础研究原始创新是探索未知的自然规律、自然现象，是从已知领域向未知领域的延伸，是探索未知的过程。探索和形成研究课题的假设、理论、模型等；发展可用于更为周密研究的方法；探讨开展更为周密研究的可能性。在探索过程中，往往不能被精确地遇见，有很大的偶然性，甚至超出预定的研究目标，呈现出新的苗头或方向，应该及时抓住，如x射线及中子的发现等，这都是原始创新的正常现象。通常地说，科学研究的每一项成功往往是无数次失败的结果，在失败的过程中能够遇到许多偶然出现的现象，这些现象其中也包含许多新思想的萌芽。只有那些敢于面对失败、善于观察的研究者，才能在反复的实验中发现新现象或新火花的产生，并为之继续研究探索下去。许多原始创新重大发现的线索，都是来源于研究人员能够抓住这些现象，才能够产生重要的成果。
2.2不确定性
“不确定性是高质量研究项目的固有特性”，主要表现在研究思路的不确定性，研究方法的不确定性，试驗技术路线的不确定性，导致研究结果的不确定性。对某一项具体的研究内容，可能得到预期肯定的结果，也可能得到否定的结果，甚至可能得到与此无关的结果，这种现象有人形象地比喻为“种瓜得豆”。这就要求在研究过程中对相应的研究方法、研究方案、研究目的进行适当修正完善，有可能做出根本性的调整或者抛弃原有的计划。预见性越差的研究，重要发现的机会就越大，溴的发现、青霉素的发现等都是对偶然实验现象深入研究的结果。科学研究工作允许失败，发展过程中原始创新的发生更具有不确定性、无法预测。“但如果等到完全明确了，就已经失去先机了，这就是前沿科学的特点。”相关研究数据表明：纯基础研究的成功率是3%，应用研究的成功率一般为15%。基础研究原始创新的成功率会更低。
2.3长期性
基础研究原始创新是以前没有被发现的理论、知识、方法，没有前人的研究可以借鉴，这就决定了需要长期的探索。
从科学思想到形成科学问题需要时间。任何重大发现都是建立在千千万万研究者奠定的科学成就基础上，由科学家千辛万苦的劳动取得的，就像元素周期律的发现者门捷列夫在回答他人提出的如何研究时说的：“这个问题我大约考虑了20年！”任何一项原始创新研究，从分析了解同行的前沿性工作，到研究出有价值的切入点，甚至研究思路都需要花费大量的时间。
理论的论证或者实验的实施需要大量时问。任何一项重大理论的发现或发明，可能需要研究人员几年甚至几十年的努力，有时甚至要几代人的努力，需要付艰辛的劳动，才能取得成功。爱因斯坦提出相对论，思考了10多年，安德鲁·怀尔斯证明费马大定理用了7年多的时间，丁肇中确定电子半径小到不能测量，花了近20年的时间。达尔文研究的《进化论》、李时珍编研的《本草纲目》等，都经历过漫长的研究岁月，才得以呈现在世人面前。
结论检验同样需要时间。就研究者本身，从得到发现、规律、原理等到自己满意，再经过反复实验论证，有一个补充、修改、完善和提高的过程，更需要实验和理论验证其正确性。从研究思想的形成，到项目的设计、论证到获的必要的经费支持，从实验验证到发表科学论文，这一系列的环节，构成了基础研究原始创新的研究周期。在对342项诺贝尔奖的成果统计中，50.3%的成果的研究时间是5～14年，仅有少量成果是在较多的时间内完成的。
2.4长期积累性
科学研究是一个“厚积薄发”的过程，既需要研究者学术思想和个人研究经历的积累，也需要科学自身的积累和社会发展条件的积累，这个过程绝不是一朝一夕形成的，而是经过长期积累与沉淀，才能产生原始创新成果。这种积累的本质是科学传统和学术思想的积累，还有研究人员超常的意志和毅力，以及深邃的对科学问题的鉴赏力。在科学上，从来没有人怀疑牛顿力学研究成果的原创性，但牛顿本人却谦虚地说，我是站在巨人的肩膀上，在浩瀚的海滩上捡到一个小小的贝壳而已。说明具有革命性原始创新是以大量的常规研究为基础，是继承与发展的辩证统一的结果。爱因斯坦的相对论是继承数学家庞加莱（Henri Poincare，1854—1912）在1904年的一次演讲中提出“相对论”这个名词，同时又结合当时物理学家洛伦兹（Hendrik A.Lorentz，1853—1928）早已提出来的一组极为重要的变换公式（洛伦兹变换），完成相对论的理论体系，正是这个概念导致了物理学的革命。英国剑桥大学卡文迪什实验室是产生原始创新成果的摇篮，多项成果获得诺贝尔自然科学奖，这与学术思想的积累和传承有必然的联系。
3创新结果的特点
3.1首创性
基础研究原始创新是开辟新的创新周期，而不是延长一个创新周期，其结果必须具备2个基本性质：原始性和唯一性。这2个性质是原始创新的十分重要的属性，是检验研究结论是否是首创性的基本标准。原始性是科学研究的思想、研究方法，是研究者在世界上首次提出，根本没有现成的思路、方法或者成果可以借鉴，但他又遵循自然科学研究的规律，同时又经过实验或者理论验证是正确的东西。唯一性是指研究者得到的结果，在此之前从未有第二个人提出或者预见过，也就是“从0到1”的过程，用王绶琯院士的话说：“基础研究只有金牌，没有银牌和铜牌。”否则就不是原始创新，而是跟踪创新或者模仿创新。
3.2极度超前性
基础研究原始创新产生的结果是获得新知识，其表现形式是新概念、新原理、新定律、新学说、新模型等，或者是新实验效应、实验现象、实验方法、新物质（基本粒子、新元素、新材料等）等知识产出，由于这些研究成果是极少数科学家在超越当时同行的认识水平，超越了流行的理论，超越当时科学发展的历史阶段完成的，大多数科研人员还不能够认识其意义和作用。在当时历史条件下，其应用价值研究者自己也常常难以知道，却能推动科学的发展。因而具有非常的超前性。
3.3同行承认的滞后性
由于基础研究原始创新成果的首创性和超前性特点，决定了其成果被同行承认存在滞后性。主要表现在以下几个方面：
成果的公开（发表）需要时间。基础研究原始创新成果大多数以论文的形式发表出来，而发表论文就必须经过同行评议，也就是审稿人认可才能够发表，这是同行承认的第一步，直接决定该成果是否可以发表，一旦发表论文就取得科学发现的优先权，是小范围（仅几个评议人）、“小同行”的评议和确认。
实践的检验需要时间。想要准确估计原始创新的效果需要具有较大的时间跨度。许多原始创新成果往往当時无法评价其价值，更无法得到学术界的承认，只有在漫长的科学研究和实际生产生活中，得到验证并予以接受，才承认其科学价值。
同行承认也需要时间。论文发表以后，被同行的引用视为对成果认同与否的分水岭，是在相对较大范围的同行评议，是不受时间限制的、持续性的检验。这段时问短则几年，长则几十年甚至上百年。孟德尔发表的《植物杂交实验》论文，论文发表后30年内鲜有同行引用。奥地利数学家J.Radon在1917发表的关于“拉东变换”的论文，直到60年后“拉东变换”才引起世界许多数学家的广泛关注和深入研究。由此可见成果被同行承认的时间是极其的漫长的。有些原创性成果常常不能及时被同行所认识和接受，既有同行科学家所在实验室实验条件的限制，也有科学家个人学术思想及认识水平的影响。
社会承认时间更长。研究成果的社会确认过程一般需要更长的时间，而获的科学奖励是在科学社会中的一种最终确认。有学者通过对诺贝尔获奖者的研究表明，上一世纪产出的重大成果，只有极少数是在很短的时间内获奖的，大多数研究成果经过几年、几十年甚至更长时间才获奖。也有研究者指出，从发表到获奖时间间隔：物理是13.1年，化学是14.3年，生物和医学是14.2年。特别是上个世纪后期，成果确认的周期明显滞后，确认最短的时间为5年，最长的时间为53年。这充分说明原始创新成果社会承认的滞后性。
4发挥作用的特点
4.1知识生产的牵引性
原始创新成果具有很强的牵引性，一旦在某方面取得重大的科学发现或者理论突破，就会引起许许多多研究人员对该理论的兴趣，并不断进行完善和发展，同时带动一系列相关研究领域的发展，有形成新的重大发现或者理论突破，有研究者称之为“发现之发现现象”。在1901年伦琴发现X射线后，围绕该研究就产生了16个重大成果获得诺贝尔获奖，其中化学领域有6项（10人获奖），物理领域有7项（8人获奖），生理学与医学领域有3项成果获奖（6人获奖）。图1清楚表明伦琴的科学发现带动相关科学研究发现的显性关系。原始创新的这个特点告诉我们，人类探索未知领域的进程是永无止境的，在一项重大发现之后，必然孕育另外一些新的发现，这些发现不仅建立在本学科领域的知识上，而且同时借鉴和应用其他学科领域的知识加以实现。在此研究的基础之上，对已有知识的科学整理与挖掘，也会产生重大的发现和理论创新。
4.2高新技术产生的先导性
一些文献指出，基础研究原始创新是应用研究的先决条件和催化剂，是技术创新的根本驱动力和核心技术创新的源泉。原始创新理论往往能引起科学技术领域的重大突破，产生一系列发现、发明，可能导致科学观念的变革和科学方法论的飞跃，带来重大技术革新和技术革命，开辟新的生产领域。正是由于分子生物学、生物化学和遗传学的原始创新成果，使生物技术和生物工程蓬勃发展，并广泛应用于工业、农业、医药和食品工业等方面。由于量子力学研究固体中电子的运动，导致半导体技术和电子技术的迅猛发展，开辟了全新的生产领域，有力地推动科技的发展与人类文明的进步。当前，我国把发展战略性新兴产业，作为实现产业转型升级的主要内容，需要大量原创性成果作为支撑。解决人类的健康问题、食品安全、防灾减灾等问题，各种疾病、癌症等重大疾病的致病机理，同样需要技术的重大突破，也依赖于基础研究的原始创新。研究表明，现代技术革命的成果大约有90%来源于基础科学研究的原始创新。
4.3产业发展的带动性
原始创新理论除了对科技自身发展产生重大的影响，成为高技术产生的源泉外，还将带动新兴产业群的崛起，对产业发展具有巨大的带动作用。首先促进现有产业的升级改造，成为经济持续发展的引擎。基础研究原始创新对产业发展的贡献有直接的和间接的，也有隐形的和显性的，并且这种贡献在不同的产业和不同的时期也是不同的。美国学者在研究7个产业调查数据的实证分析，得出的结论是：如果没有原始创新，约有15%的新产品和11%的新工艺无法被开发出来，基础研究到产业界应用的时间滞后周期越来越短。如IT技术高性能、网络化、智能化的广泛应用带动经济增长、推动产业升级。其次催生新的产业，极大促进经济的发展。原子结构理论的发现，电磁感应定律的发现，无线电波的发现，都相继催生了一大批新兴产业。流体力学理论的突破，推动了大飞机、高速列车技术与制造业的新发展。信息技术的发现，发明和发展催生出了以半导体、绝缘体和导体为基础的现代电子工业。爱因斯坦质能方程的确立，形成和发展了核技术，导致原子能和核能产业的发展。基础研究的原始创新作为高技术的源泉，已成为经济增长的重要因素。一个在基础科学领域依赖于他人的国家，将延缓他的工业发展速度，并在国际贸易竞争中处于劣势。原国务院总理温家宝曾指出：“中国要抢占未来经济科技发展的制高点，必须依靠自己的力量拿出（基础研究的）原创成果。”
5创新者的特点
5.1有持续的兴趣性
趋利性是很多科学家从事科学研究活动时的行为规范，也是一种游戏规则。换句话说，通过“科学”追求“利益”需要遵循一定的规则，其中重要的一条是不能要求产生的科学知识直接为生产者自身的“利益”服务。这是因为利益常常导致偏见和盲目。要想在基础研究领域取得重大原创性成果，科研人员需要具有淡泊名利的人生境界，不为外在的名利、官位所束缚，也不为自己所做出的贡献而居功自傲。必须志存高远、虚怀若谷，敢于坐冷板凳，具有十年磨一剑的功力，才能在基础研究过程中，取得重大原始创新成果。科学发现的最大报酬是“新发现带来的激动”。屠呦呦39岁时，开始研究青蒿素治疗疟疾课题，持续46年，一心扑在研究上，对科研攻关达到痴迷、忘我、牺牲的程度，付出常人难以想象的代价。她能获得诺贝尔奖，是几十年来持之以恒用点点滴滴的血汗换来的。青蒿素的研究历史最大的启示是“扎实做事”，发现青蒿素是平凡的人通过认真的工作，在条件有限的情况下做出的杰出成就。所以说，研究个体有非功利性，否则是难以从事基础科学原创性研究。
5.2师徒的传承性
中国有句至理名言“名师出高徒”，这句话在诺贝尔奖获得者中，反映尤其显著，是对名师指导作用的充分肯定和有力证明。美国学者朱克曼对1972年以前美国92位诺贝尔奖获得奖者统计表明，有师徒关系的获奖人的比例都是非常高的，其中物理学领域是61.3%，化学领域是57.9%，生理学和医学领域是42.9%。图2表明了师徒之间的传承关系。再如1909年获得诺贝尔化学奖的奥斯特瓦尔德，培养出瓦尔特·能斯特（1920年获奖），瓦尔特·能斯特又培养出美国的物理学家罗伯特·密立根（1923年获奖），密立根指导了卡尔·安德森（1936年获奖），安德森又培养了唐纳德·格拉赛（1960年获奖）。这师徒五代传承了半个多世纪。名师通常依靠自己渊博的知识、高超的研究能力、魅力四射的人格，对学生施以更加优良的训练，把最先进知识传授给学生，使其置身于学术研究的最前沿，引导本身力量通常不可能达到的水平。
有学者对372位诺贝尔科学奖获得者進行统计，研究发现从获得博士学位开始从事科学研究，并做出重大发现，二者之间平均为13年，短则1年，长达48年。该研究还表明，从事研究工作6～15年是重大发现较为集中的时间，随着时问的推移，做出原创性成果的几率随之降低。而绝大多数学者获得博士学位的年龄在22～29岁之间，由此推算35—42岁之间是做出原始创新成果的最佳年龄，这已经引起我国相关部门引起高度的关注。
5.3研究者的群体性
虽然创新思想是某一个或几个主要人员提出来的，但要从实验和理论的实现或者验证，需要相关研究领域科研人员密切合作才能得以实现，涉及知识的领域多、使用的仪器设备多、消耗的资源多，尤其在当今科学发展的条件下，更需要具备各方面知识人员的积极配合，才能取得成功。现在“科学正朝着极大、极小和极复杂的方向发展”。显然，无论是“极大”、“极小”还是“极复杂”，都清楚地表明：科学探索的难度越来越大。如屠呦呦获得诺贝尔生理和医学奖，虽然是她“第一个发现青蒿素对疟疾寄生虫有出色疗效的科学家”，但从问题的提出到研究、药效、临床等一系列工作的完成，还是有一个庞大的科学家研究群体共同完成的，他的贡献绝对是最重要的。再如“人工合成具有生物活性的胰岛素”的研究，涉及的单位有中国科学院上海生物化学研究所、上海有机化学研究所和北京大学生物系3个单位，以钮经义为首，由龚岳亭、邹承鲁、邢其毅等科学家共同组成的研究小组，在前人对胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上，探索用化学法合成胰岛素。经过几年的研究，终于取得举世公认的原创性成果。