牛顿运动定律及运用
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牛顿运动定律及运用
1
★★牛顿第一定律
一切物体总保持
< br>匀速直线运动状态
或
静止状态
，
直到有
外力
迫使它
改变
这
种
运动状态为止。
（
a
）运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持
（
b
）定律说明了任何物体都有惯性
（
c
）不受力的物体是不存在的
牛顿第
一定律不能用实验直接验证。
但是建立在大量实验现象的基础之
上，通过思维的逻辑推理而发现的。
它告诉了人们研究物理问题的另一种新方法
通过观
察
大量的实验现象
，利用
人的逻辑思维
，从大量现象中寻找事物
的规律
.
（
＊
）牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，
不能简单地认为它是牛顿第
二定
律不受外力时的特例，
牛顿第一定律定性地给出了力与运动
的关系，
牛顿第二定
律定量地给出力与运动的关系
.
2.
惯性
物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质
（
1
）惯性
是物体的
固有属性
即
一切物体都有惯性
与物体的
受力情况及运动状态无关
因此说，人们
只能“利用”惯性，
而不能“克服”惯性
。
（
2
）
质量是
物体惯性大小
的
量度
.
★★★
3.
牛顿第二定律
物体的
加速度
跟所受的
外力的合力
成
正比
，跟
物体的质量<
/p>
成
反比
加速度的方向
跟
合外力的方向
相同
，表达式
F
ma
（
1
）
牛顿第二定律
定
量揭示了
力
与
运动
的关系，
即知道了
力
，可根据
牛顿第二定律
，分析出物体的
运动
规
律
反过来
，知道了
运动
，可根据
牛顿第二定律<
/p>
研究其
受力情况
为
设计运
动
，
控制运动
提供了
< br>理论基础
。
（
2
）对牛顿第二定律的数学表达式
F
ma
F
是
力
，
ma
是
力的作用效果<
/p>
，特别要注意
不能把
ma
看作是力
.
（
3
）牛顿第二定律揭示的是力的瞬间效果
即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系
力
变加速度就变
力撤除
加速度就为零
注
:
力
的
瞬间效果是加速度
而
不是速度
.
（
4
）牛顿
第二定律
F
ma
F
是矢量，
ma
也是
矢量，且
ma
与
F
的方向总是一致的
F
可以进行
合成
与
分解
ma
也可以进行
合成
与
分解
,
同样遵循矢量的预算法则。
（
5
）对牛顿第二定律的说明。
I
.
公式
a
F
或者
F<
/p>
ma
m
写成等式就是
F
k
m
a
（采用国际单位制时，
k
1
）
在应用公式
F
＝
ma
< br>进行计算时，
F
、
m
、
a
的单位必须统一为国际单位制中
相应的单位。
II
.
牛顿第二定律的性质。
（
i
）
.
同一性
物体只能有一种运动状态，而决定物体运动状态的只能是物体
所受
的合力，
而不能是其中一个力或几个力，
< br>我们把物体运动的加速度和该物体所受
合力的这种对应关系叫牛顿第二定律的同一
性。
(ii) .
瞬时性
物体运动的加速度随合力的变化而变化，存在着瞬时对应的关。
F
＝
ma<
/p>
对运动过程中的每一瞬间成立，
某一时刻的加速度大小总跟那
一时刻的合外力大小成正比，
即有力的作用就有加速度产生。
外力停止作用，
加
速度随即消失，
在持续不断的恒定外力作用下，
物体具有持续不断的恒定加速度。
外力随着时间而改变，加速度就随着时间而改变。
(iii) .
矢量性
从前面问题中，
我们也得知加速度的方向与物体所受合外力的方向始
终
相同，合外力的方向即为加速度的方向。
作用力
F
和加速度
a
都是矢量，所以牛顿第二定律的表达式
F
＝
ma
是
一个矢量表达式，
它反映了加速度的方向始终跟合外力的方向相同，
而速度的方
向与合外力的方向无必然联系。
(iv) .
独立性——力的独立作用原理
物体受
到几个力的作用时，
每个力各自独立地使物体产生一个加速度，
就像其他力不存在一样，这个性质叫做力的独立作用原理。
②
对力的独立作用原理的认识
a
．作用在物体上的一个力，总是独
立地使物体产生一个加速度，与物体
是否受到其他力的作用无关。
b
．作用
在物体上的一个力产生的加速度，与物体所受到的其他力是同时
作用还是先后作用无关。
c
．物体在某一方向受到一个力，就会在这个方向上产生加速度。这一加
速度不仅与其他方向的受力情况无关，还和物体的初始运动状态无关。
d
．
如果物体受到两个互成角度的力
F
1
和
F
2
的作用，
那么
F
1
只使物体
产生
沿
F
1
方
向的加速度
a
1
F
1
F
，
F
2
只使物体产生沿
F
2
方向的加速度
a
2
2
。
m
m
在以后的学习过程中，
我们一般是先求出物体所受到的合外力，
然后再
求
出物体实际运动的合加速度。
牛顿第一定律说明维持物体的速度
不需要力，改变物体的速度才需要
力。
牛顿第一定律定义了力，
而牛顿第二定律是在力的定义的基础上建立的，
牛
顿第一定律是研究力学的出发点，
是不能用牛顿第二定律代替的，
也不是牛顿第
二定律的特例。
(6) .
利用牛顿第二定律解题的一般方法和步骤
(1)
明确研究对象
(2)
进行受力分析和运动状态分析，画出示意图
< br>
(
3)
求出
合力
F
(
4)
由
F
ma
列式求解。
（
7
）力和
运动的关系
①物体受合外力为零时，物体处于静止或匀速直线运动状态，
即
F
0
a
0
或
v
0
,
v
< br>
C
(
常数）
< br>
②物体所受合外力不为零时，产生加速度，物体做变速运动
即
F
0
a
0
或
v
< br>0
③若合外力恒定，则加速度大小、方向都保持不变，
物体做匀变速运动，匀
变速运动的轨迹可以是直线，也可以是曲线。
即
（常数
)
或
v
k
(
常数
)
F
C
(
常数
)
a
m
< br>C
④物体所受恒力与速度方向处于同一直线时，物体做匀变速直线运动。
⑤根据
力与速度同向或反向，可以进一步判定物体是做匀加速直线运动或匀
减速直线运动；
⑥若物体所受恒力与速度方向成角度，物体做匀变速曲线运动。
⑦物体
受到一个大小不变，方向始终与速度方向垂直的外力作用时，物体做
匀速圆周运动。
此时，外力仅改变速度的方向，不改变速度的大小。即合力永不
做功
。
⑧物
体受到一个与位移方向相反的周期性外力作用时，物体做机械振动。
< br>表
1
给出了几种典型的运动形式的力学和运动学特征。<
/p>
综其所述：
判断一个物体做什么运动，
一看受什么样的力，
二看初速度与合
外
力方向的关系。
力与运动的关系是基础，在此基础上，还要从
功和能、冲量和动量的角度，
进一步讨论运动规律。
牛顿第二定律是动力学的基础，
也是经典力学的基础，
< br>所有动力学的公式都
可以由牛顿第二定律通过微积分推导。
4.
★牛顿第三定律与单位制
两个物体之间的
作用力
与
< br>反作用力
总是
大小相等
，
方向相反
，
作用在同一
直线上。
（
1
）牛顿第三运动定律指出了
两物体之间的作用是相互的
，因
而
力总是成对出
现的
，它们总是
同时产生，同时消失。作用力
和
反作用力
总是
同种性质的力。
＊
这里的
“总是”
是强调对于任何物体，
在任何条件下，
这两个相等的关系都成立。
①不管物体大小形状如何。
例如大物体与大物体之间，
或大物体与小物体之
间，还是任何形状的物体之间，其相互作用力总是大小相
等。
②不管物体的运动状态如何。
例如静止的物体之间，运动的物体之间或静
止的物体与运动的物体之
间的相互作用力总是大小相等的。
③作用
力与反作用力的产生和消失是同时的。
因为两者中若有一个产生或
消失，
则另一个必须同时产生或消失，
否则其间的相等关系就
不成立了。
认为作
用力与反作用力的产生有先后的说法是不对的
。
（<
/p>
2
）
作用力
和<
/p>
反作用力
分别作用在
两个不同
的物体上，
各产生其效果
，相对
< br>独立，
不可叠加。
（
3
）
牛顿第三定律揭示了力的作用的相互性，
即两个物体间只要有力的作
用，
就必然成对出现作用力和反作用力。
同学们在学习中应注意体会甲对乙、乙对甲的这种对应的相互
作用关系。
求解某
力的大小与方向时，可以通过转换研究对象分析该力的反作用力来
求解。
（
4
）
二力平衡
定义
如果作用在同一个物体上的两个力的大小相等、方向相反并作用在同
一条直线上且其合力为零，则此二力即为一对平衡力。
（
5
）
平衡力与作用力和反作用力的区别。
①一个力与它的反作用力一定是同种性质的力，
例如作用力若是弹力，
则
反作用力也一定是弹力；若
作用力是摩擦力，则反作用力也一定是摩擦力等。
而一个力与它的平衡力可以是相同
性质的力，也可以是不同性质的力。
②一个力与它的反作用力分别作用在发生相互作用的两个物体上
，即
受力
物体不同；
而一个力与它的平衡力必须同时作
用在同一个物体上，
即受力物体相同。
③
一个力必有其反作用力，作用力与
反作用力是同时产生、同时存在、同