高中物理牛頓第一定律的詳解
高中物理牛頓第一定律的詳解
牛頓定律是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)?lái)牛頓第一定律的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中物理牛頓第一定律的介紹
牛頓第一定律有兩種表達(dá)方式，分別如下：
(1)一切物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
(2)當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)距離其他質(zhì)點(diǎn)足夠遠(yuǎn)時(shí)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)就作勻速直線運(yùn)動(dòng)或保持靜止。
第一種表達(dá)方式較普遍，第二種表達(dá)方式在愛(ài)因斯坦和吳大猷的著作中曾經(jīng)被提到，兩種表達(dá)方式等價(jià)。
由于物體保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性叫做慣性，所以牛頓第一定律也叫慣性定律。
慣性是一切物體固有的屬性，無(wú)論是固體、液體或氣體，無(wú)論物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止，都具有慣性。
注：牛頓第一定律不是對(duì)所有的參考系都適用。在高中物理研究范圍內(nèi)，大部分情況下牛頓定律都使用。能使牛頓第一定律，這樣的參考系被稱為慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系。
牛頓第一定律說(shuō)明了兩個(gè)問(wèn)題
牛頓第一定律說(shuō)明了兩個(gè)問(wèn)題：
(1)它明確了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。物體的運(yùn)動(dòng)并不是需要力來(lái)維持，只有當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，即產(chǎn)生加速度時(shí)，才需要力的作用。在牛頓第一定律的基礎(chǔ)上得出力的定性 英文名稱：Newton&定義：力是一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體的作用，它使受力物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
(2)它提出了慣性的概念。物體之所以保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，是在不受力的條件下，由物體本身的特性來(lái)決定的。物體所固有的、保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性叫慣性。物體不受力時(shí)所作的勻速直線運(yùn)動(dòng)也叫慣性運(yùn)動(dòng)。牛頓在第一定律中沒(méi)有說(shuō)明靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相對(duì)于什么參照系說(shuō)的，然而，按牛頓的本意，這里所指的運(yùn)動(dòng)是在絕對(duì)時(shí)間過(guò)程中的相對(duì)于絕對(duì)空間的某一絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。牛頓第一定律成立于這樣的參照系。通常把牛頓第一定律成立的參照系成為慣性參照系，因此這一定律在實(shí)際上定義了慣性參照系這一重要概念。牛頓第一定律是作為牛頓力學(xué)體系一條規(guī)律，它具有特殊意義，是三大定律中不可缺少的獨(dú)立定律。不能將第一定律看作牛頓第二定律的特例。
注意：力不是產(chǎn)生速度的原因，而是產(chǎn)生加速度的原因!
高中物理牛頓第二定律的介紹
物體的加速度跟所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。
牛頓第二定律公式表示：a=F合/m;
注意，牛頓第二定律的公式表述和我們常用的F合=ma不同。我們常用的公式，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是牛頓第二定律的變型式。
特別要注意牛頓第二定律的第三句表述。因?yàn)榱图铀俣榷际鞘噶?，它們的關(guān)系除了數(shù)量大小的關(guān)系外，還有方向之間的關(guān)系。
明確力和加速度方向，也是正確列出方程的重要環(huán)節(jié)。
對(duì)于高一的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在剛學(xué)習(xí)這里的時(shí)候，最好規(guī)定出研究的正方向。
牛頓第二定律確立了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，明確了物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況之間的定量關(guān)系。加速度是聯(lián)系物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的橋梁(或紐帶)。
力的單位的由來(lái)
我們現(xiàn)在來(lái)看這個(gè)公式，覺(jué)得很簡(jiǎn)單;但是物理學(xué)家們得到這個(gè)公式，太不容易了。
為什么?因?yàn)楫?dāng)時(shí)連力的清晰的定義都沒(méi)有，更別說(shuō)力的單位了。
牛頓第二定律的描述中，并沒(méi)有提到正比、反比中的比例系數(shù)。
不知道在看牛頓第二定律內(nèi)容時(shí)，有幾個(gè)同學(xué)注意到了，我們上面寫(xiě)的表達(dá)式?jīng)]有寫(xiě)比例系數(shù)k，寫(xiě)的是a=F/m;即取的比例系數(shù)為最基本的自然數(shù)：1;嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，牛頓第二定律的表達(dá)式是：a=k*(F/m);
當(dāng)時(shí)的“力的大小”，只能用一升水的力(指的是一千克的重力)、兩升水的力來(lái)定性地做描述。
在得到a=k*(F/m)公式后，物理學(xué)家們就人為取k=1，這樣便從(F=k*ma=ma)中得到了力的單位：
力的單位：千克*米/二次方秒。
一牛頓的力，剛好能夠讓一千克的物體獲得一米每秒的加速度。
前面提到的“一牛頓的力”，正是為了紀(jì)念牛頓，才將其名字作為力的單位的。力的單位簡(jiǎn)稱牛，符號(hào)是N;
牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)是高中生接觸到的第一個(gè)有難度的實(shí)驗(yàn)。下面高中物理網(wǎng)為同學(xué)們做一個(gè)詳解。
(1)牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理?shí)驗(yàn)
目的 驗(yàn)證牛頓第二定律：物體的質(zhì)量一定時(shí)，加速度與作用力成正比;作用力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比。
實(shí)驗(yàn)原理：利用砂及砂桶通過(guò)細(xì)線牽引小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)的方法，采用控制變量法研究上述兩組關(guān)系。
如圖所示，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使小車(chē)所受的阻力忽略，當(dāng)M和m做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以得到
當(dāng)M>>m時(shí)，可近似認(rèn)為小車(chē)所受的拉力T等于mg; 本實(shí)驗(yàn)第一部分保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變m的大小，測(cè)出相應(yīng)的a，驗(yàn)證a與F的關(guān)系; 第二部分保持m不變，改變M的大小，測(cè)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度a，驗(yàn)證a與M的關(guān)系.
(2)實(shí)驗(yàn)器材
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶及復(fù)寫(xiě)紙，低壓交流電源，兩根導(dǎo)線，小車(chē)，一端附有滑輪的長(zhǎng)木板，薄木板，小桶，細(xì)繩，砂，天平，刻度尺，砝碼.
(3)實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整
(1)用天平測(cè)出小車(chē)和小桶與砂的質(zhì)量M和m，把數(shù)值記錄下來(lái);
(2)按圖上圖所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好;
(3)平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)其位置，直至后面的紙帶連好并不掛砂桶的小車(chē)剛好在斜面上保持勻速運(yùn)動(dòng)為止;
(4)將砂桶通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，接通電源放開(kāi)小車(chē)，使小車(chē)運(yùn)動(dòng)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼;
(5)保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變砂桶中的砂量(確保M>>m)重復(fù)步驟(4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標(biāo)記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫(xiě)在表內(nèi);
(6)建立坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，在坐標(biāo)系上描點(diǎn)，畫(huà)出相應(yīng)的圖線以驗(yàn)證倪與F的關(guān)系;
(7)保持砂及小桶的質(zhì)量不變，改變小車(chē)的質(zhì)量(在小車(chē)上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)驗(yàn)證a與M的關(guān)系;
(4)操作注意事項(xiàng)
(1)在牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，必須平衡摩擦力，方法是將長(zhǎng)木板的一端墊起，而墊起的位置要恰當(dāng).在位置確定以后，不能再更換傾角;
(2)改變m和M的大小時(shí)，每次小車(chē)開(kāi)始釋放時(shí)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而且先通電再放小車(chē);
(3)每次利用紙帶確定a時(shí)，應(yīng)求解其平均加速度;
(5)數(shù)據(jù)處理及誤差分析
(1)該實(shí)驗(yàn)原理中T=
; 可見(jiàn)要在每次實(shí)驗(yàn)中均要求M>>m，只有這樣，才能使?fàn)恳≤?chē)的牽引力近似等于砂及砂桶的重力;
(2)在平衡摩擦力時(shí)，墊起的物體的位置要適當(dāng)，長(zhǎng)木板形成的傾角既不能太大也不能太小，同時(shí)每次改變M時(shí)，不再重復(fù)平衡摩擦力;
(3)在驗(yàn)證a與M的關(guān)系時(shí)，作圖時(shí)應(yīng)將橫軸用l/M表示，這樣才能使圖象更直觀;
牛頓第二定律由牛頓提出
牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的常見(jiàn)表述是：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。
該定律是由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中提出的。牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律和第一、第三定律共同組成了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，闡述了經(jīng)典力學(xué)中基本的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律只適用于慣性參考系。慣性參考系是指牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，在非慣性參考系中牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律不適用。但是，通過(guò)慣性力的引入?？梢允古ｎD第二運(yùn)動(dòng)定律的表示形式在非慣性系中使用。
高中物理牛頓第三定律的介紹
牛頓第三定律的內(nèi)容：兩個(gè)物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上。
1.區(qū)分一對(duì)作用力反作用力和一對(duì)平衡力
一對(duì)作用力反作用力和一對(duì)平衡力的共同點(diǎn)有：大小相等、方向相反、作用在同一條直線上。不同點(diǎn)有：作用力反作用力作用在兩個(gè)不同物體上，而平衡力作用在同一個(gè)物體上;作用力反作用力一定是同種性質(zhì)的力，而平衡力可能是不同性質(zhì)的力;作用力反作用力一定是同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)消失的，而平衡力中的一個(gè)消失后，另一個(gè)可能仍然存在。舉一個(gè)例子來(lái)幫助大家理解。一個(gè)物體靜止在桌面上，其自身重力與桌面的支持力(彈力)是一對(duì)兒平衡力;而左面的支持力和物體對(duì)桌面的壓力是作用力與反作用力。
2.一對(duì)作用力和反作用力的沖量和功
一對(duì)作用力和反作用力在同一個(gè)過(guò)程中(同一段時(shí)間或同一段位移)的總沖量一定為零，但作的總功可能為零、可能為正、也可能為負(fù)。這是因?yàn)樽饔昧头醋饔昧Φ淖饔脮r(shí)間一定是相同的，而兩者對(duì)應(yīng)的位移大小、方向都可能是不同的。
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2.高中物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律知識(shí)點(diǎn)歸納