1-4 牛顿定律
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一、牛顿第一定律(惯性定律):一切物体总保持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状态为止。
1.理解要点:①运动是物体的一种属性,物体的运动不需要力来维持。
②它定性地揭示了运动与力的关系:力是改变物体运动状态的原因,是使物体产生加速度的原因。
③第一定律是牛顿以伽俐略的理想斜面实验为基础,总结前人的研究成果加以丰富的想象而提出来的;定律成立的条件是物体不受外力,不能用实验直接验证。
④牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础,不能认为它是牛顿第二定律合外力为零时的特例,第一定律定性地给出了力与运动的关系,第二定律定量地给出力与运动的关系。
2.惯性:物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。
①惯性是物体的固有属性,与物体的受力情况及运动状态无关。
②质量是物体惯性大小的量度。
③由牛顿第二定律定义的惯性质量m=F/a和由万有引力定律定义的引力质量m Fr GM=2/严格相等。
④惯性不是力,惯性是物体具有的保持匀速直线运动或静止状态的性质、力是物体对物体的作用,惯性和力是两个不同的概念。
【例1】火车在长直水平轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起,发现仍落回到车上原处,这是因为 ( )A.人跳起后,厢内空气给他以向前的力,带着他随同火车一起向前运动B.人跳起的瞬间,车厢的地板给他一个向前的力,推动他随同火车一起向前运动C.人跳起后,车在继续向前运动,所以人落下后必定偏后一些,只是由于时间很短,偏后距离太小,不明显而已D.人跳起后直到落地,在水平方向上人和车具有相同的速度【分析与解答】因为惯性的原因,火车在匀速运动中火车上的人与火车具有相同的水平速度,当人向上跳起后,仍然具有与火车相同的水平速度,人在腾空过程中,由于只受重力,水平方向速度不变,直到落地,选项D正确。
【说明】乘坐气球悬在空中,随着地球的自转,免费周游列国的事情是永远不会发生的,惯性无所不在,只是有时你感觉不到它的存在。
考点1:牛顿第一运动定律(惯性定律):(细分考点5个如下)(1):惯性大小只和物体的质量有关(不能认为物体的速度越大,它的惯性就越大)(2):一切物体都有惯性(3):牛顿第一运动定律不可能用实验验证(因为任何物体都受到力的作用)(4):当物体不受外力作用时,物体将保持静止状态或匀速直线运动状态不变(5):推论:当物体的合外力为0时,物体将保持静止状态或匀速直线运动状态不变例:如右上图,在一个玻璃杯中,有一木块用橡皮绳固定在水中,橡皮绳处于拉伸状态,假如整个杯子突然做自由落体运动,则木块相对于水面将如何运动?解法一:在相同条件下,木块的质量小于水的质量,所以木块的惯性小于水的惯性,木块将向下运动(木块惯性小不容易保持原来运动状态,水惯性大将保持原来运动状态,强者为王败者为寇)解法二:排浮力V a g F )(±=ρ,当玻璃杯静止时排浮力gV F ρ=,当a 向下时排浮力V a g F )(-=ρ,所以浮力变小,木块将向下运动(当杯子做自由落体时a=g ,就没有浮力了)一起分享吧:分析问题时,除了要考虑物体本身的力、速度、加速度、惯性、动能、机械能、角速度、电压、功率、电阻等等的变化外,还要重点考察物体和物体之间的物理量关系,如此题:水的惯性和木块惯性的大小关系。
考点2:牛顿第二运动定律:(细分考点10个如下)(1):研究对象为一个物体时:F 合=ma (选取速度方向(加速度方向)为一坐标轴进行正交分解)(F合等于动量的变化率) ①:a 的方向与合外力方向相同(“=”号表示左右两边的大小相等,方向也相同即:F合和a 必须在同一方向上)②:一般情况下,a 是相对于地球的加速度③:F 合和a 同时对应于同一物体④:F 合和a 必须在同一方向上,即x F 合=x a m 、y F 合=y a m ,其意义:即作用在物体上的每一个力都将独立产生各自的加速度。
当把力正交分解时,也要把加速度拿来正交分解(所有的失量都要在同一个坐标轴上正交分解---------统一标准)⑤:F 合、m 、a 的单位分别用牛、千克、米每秒平方(2):研究对象为多个物体时:F 合= ++2211a m a m①:F 合为系统的合力,对整体受力分析时,不用考虑内力②:一般情况下,a 是相对于地球的加速度,注意a 同物体的对应关系即:甲物体的加速度乘以甲的重量。
牛顿第一定律(惯性定律)内容表述一:任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时(Fnet=0),总是保持静止状态或匀速直线运动状态,直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止. 表述二:当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状态. 即:质量是惯性大小的量度. 惯性大小只与质量有关,与速度和接触面的粗糙程度无关. 质量越大,克服惯性做功越大;质量越小,克服惯性做功越小.牛顿第二运动定律内容物体的加速度跟物体所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同. 公式:F合=ma (单位:N(牛)或者千克米每二次方秒)牛顿发表的原始公式:F=d(mv)/dt(见自然哲学之数学原理)动量为p的物体,在合外力为F的作用下,其动量随时间的变化率等于作用于物体的合外力. 用通俗一点的话来说,就是以t为自变量,p为因变量的函数的导数,就是该点所受的合外力. 即:F=dp/dt=d(mv)/dt (d不是delta(△),而是微分的意思.但是在中学学习的一般问题中,两者可以不做区别)而当物体低速运动,速度远低于光速时,物体的质量为不依赖于速度的常量,所以有F=m(dv/dt)=ma 这也叫动量定理.在相对论中F=ma是不成立的,因为质量随速度改变,而F=d(mv)/dt依然使用. 由实验可得在加速度一定的情况下F∝m,在质量一定的情况下F∝a (只有当F以N,m以kg,a以m/s^2为单位时,F合=ma 成立)几点说明:第二定律(1)牛顿第二定律是力的瞬时作用规律.力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝. (2)F=ma是一个矢量方程,应用时应规定正方向,凡与正方向相同的力或加速度均取正值,反之取负值,一般常取加速度的方向为正方向. (3)根据力的独立作用原理,用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时,可将物体所受各力正交分解,在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式:Fx=max,Fy=may列方程.牛顿第二定律的六个性质(1)因果性:力是产生加速度的原因. (2)同体性:F合、m、a对应于同一物体. (3)矢量性:力和加速度都是矢量,物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定.牛顿第二定律数学表达式∑F = ma中,等号不仅表示左右两边数值相等,也表示方向一致,即物体加速度方向与所受合外力方向相同. (4)瞬时性:当物体(质量一定)所受外力发生突然变化时,作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变;当合外力为零时,加速度同时为零,加速度与合外力保持一一对应关系.牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律,表明了力的瞬间效应. (5)相对性:自然界中存在着一种坐标系,在这种坐标系中,当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态,这样的坐标系叫惯性参照系.地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系,牛顿定律只在惯性参照系中才成立. (6)独立性:作用在物体上的各个力,都能各自独立产生一个加速度,各个力产生的加速度的失量和等于合外力产生的加速度.适用范围(1)只适用于低速运动的物体(与光速比速度较低). (2)只适用于宏观物体,牛顿第二定律不适用于微观原子. (3)参照系应为惯性系.编辑本段牛顿第三运动定律内容两个物体之间的作用力和反作用力,在同一直线上,大小相等,方向相反.(详见牛顿第三运动定律)表达式F=-F' 第三定律(F表示作用力,F'表示反作用力,负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反)说明要改变一个物体的运动状态,必须有其它物体和它相互作用.物体之间的相互作用是通过力体现的.并且指出力的作用是相互的,有作用力必有反作用力.它们是作用在同一条直线上,大小相等,方向相反.注意1. ①力的作用是相互的.同时出现,同时消失. ②相互作用力一定是相同性质的力③作用力和反作用力作用在两个物体上,产生的作用不能相互抵消. ④作用力也可以叫做反作用力,只是选择的参照物不同⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上,所以不能求合力2.相互作用力和平衡力的区别①相互作用力是大小相等、方向相反、作用在两个物体上、且在同一直线上的力;两个力的性质是相同的. ②平衡力是作用在同一个物体上的两个力,大小相同、方向相反,并且作用在同一直线上.两个力的性质可以是不同的. ③相互平衡的两个力可以单独存在,但相互作用力同时存在,同时消失例如:物体放在桌子上,对于物体所受重力与支持力,二者属于平衡力,将物体拿走后支持力消失,而重力依然存在.而物体在桌子上,物体所受的支持力与桌面所受的压力,二者为一对作用力与反作用力.物体拿走后,二者都消失.。