高一物理：解析牛頓三大定律

（一）牛頓第一定律（即慣性定律） 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 （1）理解要點： 運動是物體的一種屬性，物體的運動不需要力來維持。 它定性地揭示了運動與力的關(guān)系：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，是使物體產(chǎn)生加速度的原因。 第一定律是牛頓以伽俐略的理想斜面實驗為基礎，總結(jié)前人的研究成果加以豐富的想象而提出來的；定律成立的條件是物體不受外力，不能用實驗直接驗證。 牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎，不能認為它是牛頓第二定律合外力為零時的特例，第一定律定性地給出了力與運動的關(guān)系，第二定律定量地給出力與運動的關(guān)系。 （2）慣性：物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)叫做慣性。 慣性是物體的固有屬性，與物體的受力情況及運動狀態(tài)無關(guān)。 質(zhì)量是物體慣性大小的量度。 由牛頓第二定律定義的慣性質(zhì)量m=F/a和由萬有引力定律定義的引力質(zhì)量嚴格相等。 慣性不是力，慣性是物體具有的保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)的性質(zhì)、力是物體對物體的作用，慣性和力是兩個不同的概念。（二）牛頓第二定律 1. 定律內(nèi)容 物體的加速度a跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量m成反比。 2. 公式： 理解要點： 因果性：是產(chǎn)生加速度a的原因，它們同時產(chǎn)生，同時變化，同時存在，同時消失； 方向性：a與都是矢量，方向嚴格相同； 瞬時性和對應性：a為某時刻某物體的加速度，是該時刻作用在該物體上的合外力。（三）力的平衡 1. 平衡狀態(tài) 指的是靜止或勻速直線運動狀態(tài)。特點：。 2. 平衡條件 共點力作用下物體的平衡條件是所受合外力為零，即。 3. 平衡條件的推論 （1）物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中的一個力與余下的力的合力等大反向； （2）物體在同一平面內(nèi)的三個不平行的力作用下，處于平衡狀態(tài)，這三個力必為共點力； （3）物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)時，圖示這三個力的有向線段必構(gòu)成閉合三角形。（四）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，作用在一條直線上，公式可寫為。（五）力學基本單位制：（在國際制單位中） 1. 作用力與反作用力的二力平衡的區(qū)別內(nèi)容作用力和反作用力二力平衡受力物體作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上依賴關(guān)系同時產(chǎn)生，同時消失相互依存，不可單獨存在無依賴關(guān)系，撤除一個、另一個可依然存在，只是不再平衡疊加性兩力作用效果不可抵消，不可疊加，不可求合力兩力運動效果可相互抵消，可疊加，可求合力，合力為零；形變效果不能抵消力的性質(zhì)一定是同性質(zhì)的力可以是同性質(zhì)的力也可以不是同性質(zhì)的力 2. 應用牛頓第二定律解題的一般步驟 確定研究對象； 分析研究對象的受力情況畫出受力分析圖并找出加速度方向； 建立直角坐標系，使盡可能多的力或加速度落在坐標軸上，并將其余分解到兩坐標軸上； 分別沿x軸方向和y軸方向應用牛頓第二定律列出方程； 統(tǒng)一單位，計算數(shù)值。 3. 解決共點力作用下物體的平衡問題思路 （1）確定研究對象：若是相連接的幾個物體處于平衡狀態(tài)，要注意“整體法”和“隔離法”的綜合運用； （2）對研究對象受力分析，畫好受力圖； （3）恰當建立正交坐標系，把不在坐標軸上的力分解到坐標軸上。建立正交坐標系的原則是讓盡可能多的力落在坐標軸上。 （4）列平衡方程，求解未知量。 4. 求解共點力作用下物體的平衡問題常用的方法 （1）有不少三力平衡問題，既可從平衡的觀點（根據(jù)平衡條件建立方程求解）平衡法，也可從力的分解的觀點求解分解法。兩種方法可視具體問題靈活運用。 （2）相似三角形法：通過力三角形與幾何三角形相似求未知力。對解斜三角形的情況更顯優(yōu)勢。 （3）力三角形圖解法，當物體所受的力變化時，通過對幾個特殊狀態(tài)畫出力圖（在同一圖上）對比分析，使動態(tài)問題靜態(tài)化，抽象問題形象化，問題將變得易于分析處理。 5. 處理臨界問題和極值問題的常用方法 涉及臨界狀態(tài)的問題叫臨界問題。臨界狀態(tài)常指某種物理現(xiàn)象由量變到質(zhì)變過渡到另一種物理現(xiàn)象的連接狀態(tài)，常伴有極值問題出現(xiàn)。如：相互擠壓的物體脫離的臨界條件是壓力減為零；存在摩擦的物體產(chǎn)生相對滑動的臨界條件是靜摩擦力取最大靜摩擦力，彈簧上的彈力由斥力變?yōu)槔Φ呐R界條件為彈力為零等。 臨界問題常伴有特征字眼出現(xiàn)，如“恰好”、“剛剛”等，找準臨界條件與極值條件，是解決臨界問題與極值問題的關(guān)鍵。 例1. 如圖1所示，一細線的一端固定于傾角為45的光滑楔形滑塊A的頂端P處，細線另一端拴一質(zhì)量為m的小球。當滑塊以2g加速度向左運動時，線中拉力T等于多少？ 解析：當小球和斜面接觸，但兩者之間無壓力時，設滑塊的加速度為a 此時小球受力如圖2，由水平和豎直方向狀態(tài)可列方程分別為： 解得： 由滑塊A的加速度，所以小球?qū)h離滑塊A，其受力如圖3所示，設線和豎直方向成角，由小球水平豎直方向狀態(tài)可列方程 解得： 例2. 如圖4甲、乙所示，圖中細線均不可伸長，物體均處于平衡狀態(tài)。如果突然把兩水平細線剪斷，求剪斷瞬間小球A、B的加速度各是多少？（角已知） 解析：水平細線剪斷瞬間拉力突變?yōu)榱?，圖甲中OA繩拉力由T突變?yōu)門，但是圖乙中OB彈簧要發(fā)生形變需要一定時間，彈力不能突變。 （1）對A球受力分析，如圖5（a），剪斷水平細線后，球A將做圓周運動，剪斷瞬間，小球的加速度方向沿圓周的切線方向。 （2）水平細線剪斷瞬間，B球受重力G和彈簧彈力不變，如圖5（b）所示，則 小結(jié)：（1）牛頓第二定律是力的瞬時作用規(guī)律，加速度和力同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失。分析物體在某一時刻的瞬時加速度，關(guān)鍵是分析該瞬時前后的受力情況及其變化。 （2）明確兩種基本模型的特點： A. 輕繩的形變可瞬時產(chǎn)生或恢復，故繩的彈力可以瞬時突變。 B. 輕彈簧（或橡皮繩）在兩端均聯(lián)有物體時，形變恢復需較長時間，其彈力的大小與方向均不能突變。 例3. 傳送帶與水平面夾角37，皮帶以10m/s的速率運動，皮帶輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖6所示。今在傳送帶上端A處無初速地放上一個質(zhì)量為的小物塊，它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.5，若傳送帶A到B的長度為16m，g取，則物體從A運動到B的時間為多少？ 解析：由于，物體一定沿傳送帶對地下移，且不會與傳送帶相對靜止。 設從物塊剛放上到皮帶速度達10m/s，物體位移為，加速度，時間，因物速小于皮帶速率，根據(jù)牛頓第二定律，方向沿斜面向下。皮帶長度。 設從物塊速率為到B端所用時間為，加速度，位移，物塊速度大于皮帶速度，物塊受滑動摩擦力沿斜面向上，有： 即（舍去） 所用總時間 例4. 如圖7，質(zhì)量的小車停放在光滑水平面上，在小車右端施加一水平恒力F=8N。當小車向右運動速度達到3m/s時，在小車的右端輕放一質(zhì)量m=2kg的小物塊，物塊與小車間的動摩擦因數(shù)，假定小車足夠長，問： （1）經(jīng)過多長時間物塊停止與小車間的相對運動？ （2）小物塊從放在車上開始經(jīng)過所通過的位移是多少？（g?。?解析：（1）依據(jù)題意，物塊在小車上停止運動時，物塊與小車保持相對靜止，應具有共同的速度。設物塊在小車上相對運動時間為t，物塊、小車受力分析如圖8： 物塊放上小車后做初速度為零加速度為的勻加速直線運動，小車做加速度為勻加速運動。 由牛頓運動定律： 物塊放上小車后加速度： 小車加速度： 由得： （2）物塊在前2s內(nèi)做加速度為的勻加速運動，后1s同小車一起做加速度為的勻加速運動。 以系統(tǒng)為研究對象： 根據(jù)牛頓運動定律，由得： 物塊位移 例5. 將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖9所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動。當箱以的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0 N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0 N。（取） （1）若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運動情況。 （2）若上頂板傳感器的示數(shù)為零，箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的