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高一物理牛顿第一定律详解

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　　高中物理牛顿第一定律的介绍

　　牛顿第一定律有两种表达方式，分别如下：

　　(1)一切物体在没有受到力的作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。

　　(2)当一个质点距离其他质点足够远时，这个质点就作匀速直线运动或保持静止。

　　第一种表达方式较普遍，第二种表达方式在爱因斯坦和吴大猷的著作中曾经被提到，两种表达方式等价。

　　由于物体保持运动状态不变的特性叫做惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。

　　惯性是一切物体固有的属性，无论是固体、液体或气体，无论物体是运动还是静止，都具有惯性。

　　注：牛顿第一定律不是对所有的参考系都适用。在高中物理研究范围内，大部分情况下牛顿定律都使用。能使牛顿第一定律，这样的参考系被称为惯性参考系，简称惯性系。

　　牛顿第一定律说明了两个问题

　　牛顿第一定律说明了两个问题：

　　(1)它明确了力和运动的关系。物体的运动并不是需要力来维持，只有当物体的运动状态发生变化，即产生加速度时，才需要力的作用。在牛顿第一定律的基础上得出力的定性英文名称：Newton&定义：力是一个物体对另一个物体的作用，它使受力物体改变运动状态。

　　(2)它提出了惯性的概念。物体之所以保持静止或匀速直线运动，是在不受力的条件下，由物体本身的特性来决定的。物体所固有的、保持原来运动状态不变的特性叫惯性。物体不受力时所作的匀速直线运动也叫惯性运动。牛顿在第一定律中没有说明静止或运动状态是相对于什么参照系说的，然而，按牛顿的本意，这里所指的运动是在绝对时间过程中的相对于绝对空间的某一绝对运动。牛顿第一定律成立于这样的参照系。通常把牛顿第一定律成立的参照系成为惯性参照系，因此这一定律在实际上定义了惯性参照系这一重要概念。牛顿第一定律是作为牛顿力学体系一条规律，它具有特殊意义，是三大定律中不可缺少的独立定律。不能将第一定律看作牛顿第二定律的特例。

　　注意：力不是产生速度的原因，而是产生加速度的原因!

　　高中物理牛顿第二定律的介绍

　　物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。

　　牛顿第二定律公式表示：a=F合/m;

　　注意，牛顿第二定律的公式表述和我们常用的F合=ma不同。我们常用的公式，严格来说是牛顿第二定律的变型式。

　　特别要注意牛顿第二定律的第三句表述。因为力和加速度都是矢量，它们的关系除了数量大小的关系外，还有方向之间的关系。

　　明确力和加速度方向，也是正确列出方程的重要环节。

　　对于高一的学生来说，在刚学习这里的时候，规定出研究的正方向。

　　牛顿第二定律确立了力和运动的关系，明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系。加速度是联系物体的受力情况和运动情况的桥梁(或纽带)。

　　力的单位的由来

　　我们现在来看这个公式，觉得很简单;但是物理学家们得到这个公式，太不容易了。

　　为什么?因为当时连力的清晰的定义都没有，更别说力的单位了。

　　牛顿第二定律的描述中，并没有提到正比、反比中的比例系数。

　　不知道在看牛顿第二定律内容时，有几个同学注意到了，我们上面写的表达式没有写比例系数k，写的是a=F/m;即取的比例系数为最基本的自然数：1;严格来说，牛顿第二定律的表达式是：a=k*(F/m);

　　当时的“力的大小”，只能用一升水的力(指的是一千克的重力)、两升水的力来定性地做描述。

　　在得到a=k*(F/m)公式后，物理学家们就人为取k=1，这样便从(F=k*ma=ma)中得到了力的单位：

　　力的单位：千克*米/二次方秒。

　　一牛顿的力，刚好能够让一千克的物体获得一米每秒的加速度。

　　前面提到的“一牛顿的力”，正是为了纪念牛顿，才将其名字作为力的单位的。力的单位简称牛，符号是N;

　　牛顿第二定律实验验证

　　牛顿第二定律实验是高中生接触到的第一个有难度的实验。下面高中物理网为同学们做一个详解。

　　(1)牛顿第二定律实验目的、原理实验

　　目的验证牛顿第二定律：物体的质量一定时，加速度与作用力成正比;作用力一定时，加速度与质量成反比。

　　实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系。

　　如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到

　　当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg;本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系;第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系.

　　(2)实验器材

　　电磁打点计时器，纸带及复写纸，低压交流电源，两根导线，小车，一端附有滑轮的长木板，薄木板，小桶，细绳，砂，天平，刻度尺，砝码.

　　(3)实验步骤及器材调整

　　(1)用天平测出小车和小桶与砂的质量M和m，把数值记录下来;

　　(2)按图上图所示把实验器材安装好;

　　(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至后面的纸带连好并不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止;

　　(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码;

　　(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量(确保M>>m)重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内;

　　(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证倪与F的关系;

　　(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系;

　　(4)操作注意事项

　　(1)在牛顿第二定律实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当.在位置确定以后，不能再更换倾角;

　　(2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车;

　　(3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度;

　　(5)数据处理及误差分析

　　(1)该实验原理中T=

　　;可见要在每次实验中均要求M>>m，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力;

　　(2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力;

　　(3)在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用l/M表示，这样才能使图象更直观;

　　牛顿第二定律由牛顿提出

　　牛顿第二运动定律的常见表述是：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。

　　该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第二运动定律和第一、第三定律共同组成了牛顿运动定律，阐述了经典力学中基本的运动规律。

　　牛顿第二运动定律只适用于惯性参考系。惯性参考系是指牛顿运动定律成立的参考系，在非惯性参考系中牛顿第二运动定律不适用。但是，通过惯性力的引入。可以使牛顿第二运动定律的表示形式在非惯性系中使用。

　　高中物理牛顿第三定律的介绍

　　牛顿第三定律的内容：两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

　　1.区分一对作用力反作用力和一对平衡力

　　一对作用力反作用力和一对平衡力的共同点有：大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。不同点有：作用力反作用力作用在两个不同物体上，而平衡力作用在同一个物体上;作用力反作用力一定是同种性质的力，而平衡力可能是不同性质的力;作用力反作用力一定是同时产生同时消失的，而平衡力中的一个消失后，另一个可能仍然存在。举一个例子来帮助大家理解。一个物体静止在桌面上，其自身重力与桌面的支持力(弹力)是一对儿平衡力;而左面的支持力和物体对桌面的压力是作用力与反作用力。

　　2.一对作用力和反作用力的冲量和功

　　一对作用力和反作用力在同一个过程中(同一段时间或同一段位移)的总冲量一定为零，但作的总功可能为零、可能为正、也可能为负。这是因为作用力和反作用力的作用时间一定是相同的，而两者对应的位移大小、方向都可能是不同的。