牛顿第三定律的适用范围

牛顿三定律牛顿第一定律一切物体在没有受到力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态牛顿第一运动定律（Newton's first law of motion）表明，除非有外力施加，物体的运动速度不会改变。

根据这定律，假设没有任何外力施加或所施加的外力之和为零，则运动中物体总保持匀速直线运动状态，静止物体总保持静止状态。

物体所显示出的维持运动状态不变的这性质称为惯性。

所以，这定律又称为惯性定律。

中文名称牛顿第一运动定律外文名称Newton's First law of Motion提出者牛顿应用学科物理别名惯性定律适用领域范围力和运动状态的关系牛顿第一定律表明，一切物体在没有受到力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

换句话说，假若施加于物体的合外力为零，则物体的运动速度为常数。

根据这定律，静止的物体会保持静止，除非有合外力施加于这物体。

运动中的物体不会改变其速度，除非有合外力施加于这物体。

注意到速度是个矢量，物体运动速度的大小与方向都不会改变。

英国著名物理学家牛顿在伽利略等科学家研究的基础上，对大量的实验事实进行深入探究，总结出一条定律：一切物体在不受外力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态后人称之为牛顿第一定律。

在高中课本是这样描述的：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态（因为不受力的物体是不存在的）。

当描述物体运动时，只有相对于特定的物体、观察者或者时空坐标，才能确实显示出其物理行为。

这些特定的标识称为参考系。

假若选择了不适当的参考系，则相关的运动定律可能会比较复杂，在惯性参考系中，力学定律会展现出最简单的形式。

从惯性参考系观察，任何呈匀速直线运动的参考系，也都是惯性参考系，否则是“非惯性参考系”。

换句话说，牛顿定律满足伽利略不变性，即在所有惯性参考系里，牛顿定律都保持不变。

牛顿阐述第一定律的方式很值得一提，他将第一定律建立在一个所谓的绝对时空——不依赖于外界任何事物而独自存在的参考系。

牛顿运动定律的适用范围自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就．经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用．经典力学和天文学相结合，建立了天体力学．经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等等．从地面上的各种物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船——所有这些都服从经典力学的规律．经典力学的结果，在如此广阔的领域里与实际相符合，证明了牛顿运动定律的正确性．但是，牛顿运动定律与一切物理定律一样，也有一定的适用范围．处理宏观物体的低速运动（指远小于光速的运动）问题，如上面提到的各种宏观物体的运动，经典力学是完全适用的．20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦（1879—1955）提出了狭义相对论，改变了经典力学的一些结论．在经典力学中，物体的质量是固定不变的，而相对论指出质量要随着速度而增大．在低速运动中（如地球以3×104m/s的速度绕太阳公转），质量的增大十分微小，经典力学完全适用．当速度接近光速c时，如速度v=0.8c 时，质量约增大到原质量的1.7倍．这时，经典力学就不适用了．19世纪末和20世纪初以来，物理学的研究深入到微观世界，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学来说明．20世纪初期，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．这就是说，经典力学一般也不适用于微观粒子．相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加深入，而不表示经典力学失去意义．物理学的发展，使人们认识到经典力学有它的适用范围：经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．本章小结这一章学了牛顿的三条运动定律，它们是动力学的基础，一定要反复思考，深入地理解所学的内容．这一章还学习了如何应用牛顿运动定律求解动力学问题，我们要注意总结解决动力学问题的基本方法，提高综合运用知识分析、解决问题的能力．（1）牛顿第一定律的内容是什么？伽利略的理想实验有什么重要意义？为什么说牛顿第一定律正确地揭示了运动和力的关系？（2）为什么说物体的运动不需要力来维持，力是物体产生加速度的原因？为什么说物体的质量是物体惯性大小的量度？（3）牛顿第二定律的内容是什么？写出它的表达式．用牛顿第二定律解决力学问题时，为什么首先要分析物体的受力情况和运动情况？（4）牛顿第三定律的内容是什么？为什么说作用力和反作用力不能相互平衡？（5）什么是超重、失重和完全失重？物体处于超重和失重状态时，所受的重力是否仍存在，大小是否发生变化？（6）单位制在物理计算中有什么作用？（7）什么是惯性系和非惯性系？什么是惯性力？（8）牛顿运动定律的适用范围是什么？解决动力学问题，首先要分析物体的受力情况和运动情况，把题中所给的物理情景弄清楚，然后再列出方程求解．请你自己总结：运用牛顿运动定律解决动力学问题的基本思路和一般步骤是怎样的？需要注意什么？有什么体会？。

牛顿第三定律定义牛顿第三定律，也被称为作用力与反作用力定律，是力学中的基本定律之一。

它由英国物理学家艾萨克·牛顿于17世纪提出。

牛顿第三定律表明：对于任何两个物体之间的相互作用力，两个物体所受的力大小相等，方向相反。

描述牛顿第三定律说明了物体间相互作用力的性质。

根据该定律，无论是物体A对物体B施加的力，还是物体B对物体A施加的力，两者的大小相等，方向相反。

更具体地说，如果物体A对物体B施加一个力F1，那么物体B就会对物体A施加一个力F2，且F1的大小等于F2的大小，但方向相反。

这个定律可以简单地表述为：“作用力与反作用力大小相等，方向相反”。

示例为了更好地理解牛顿第三定律，让我们来看看一些实际的例子。

示例一：考虑一个人站在一个光滑的冰面上，他在向右方向用力推一个质量为m的物体。

根据牛顿第三定律，物体会对人施加一个反作用力，力的大小和方向分别为F1和方向向左。

反作用力会导致人向左方向移动。

示例二：想象一辆汽车在平坦的公路上向前行驶。

这辆汽车在驱动轮上施加一个向后的作用力，力的大小为F1。

根据牛顿第三定律，驱动轮会对地面施加一个反作用力F2，向前方。

反作用力使汽车向前推进。

示例三：某人坐在椅子上，椅子对他施加一个向上的支持力。

根据牛顿第三定律，人对椅子施加一个反作用力，向下。

这使得他保持在椅子上而不掉落。

物理解释牛顿第三定律的物理解释是基于张量的变化。

张量可以在多个物体之间传递力和动量。

当物体A施加一个力F1在物体B上时，它实际上在改变物体B的动量，从而产生一个反向的力F2。

这个力F2正好与作用力F1相抵消。

由于牛顿第三定律，保证了质心定理，即系统总动量在没有外力作用下保持不变。

这是理解牛顿第三定律在力学中的一个重要应用。

重要性牛顿第三定律是力学中最基础的定律之一，无论是在经典力学还是在其他物理学领域中都具有重要意义。

例如，在力学中，牛顿第三定律使我们能够研究物体之间的相互作用，对于解决许多力学问题起着至关重要的作用。

牛顿三大定律牛顿三大定律是力学中重要的定律，它是研究经典力学的基础。

1．牛顿第一定律内容：任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。

说明：物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的，没有外力，它的运动状态是不会改变的。

物体的这种性质称为惯性。

所以牛顿第一定律也称为惯性定律。

第一定律也阐明了力的概念。

明确了力是物体间的相互作用，指出了是力改变了物体的运动状态。

因为加速度是描写物体运动状态的变化，所以力是和加速度相联系的，而不是和速度相联系的。

在日常生活中不注意这点，往往容易产生错觉。

注意：牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立，实际上它只在惯性参照系里才成立。

因此常常把牛顿第一定律是否成立，作为一个参照系是否惯性参照系的判据。

2．牛顿第二定律内容：物体在受到合外力的作用会产生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小与物体的惯性质量成反比。

F合=ma第二定律定量描述了力作用的效果，定量地量度了物体的惯性大小。

它是矢量式，并且是瞬时关系。

要强调的是：物体受到的合外力，会产生加速度，可能使物体的运动状态或速度发生改变，但是这种改变是和物体本身的运动状态有关的。

真空中，由于没有空气阻力，各种物体因为只受到重力，则无论它们的质量如何，都具有的相同的加速度。

因此在作自由落体时，在相同的时间间隔中，它们的速度改变是相同的。

3．牛顿第三定律内容：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，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。

另需要注意：（1）作用力和反作用力是没有主次、先后之分。

同时产生、同时消失。

（2）这一对力是作用在不同物体上，不可能抵消。

牛顿运动定律的适用范围经典力学的大厦是以牛顿定律为基础建立起来的。

所以，牛顿运动定的适用范围（或条件）就是经典力学的适用范围。

高中物理教材关于经典力学适用范围的描述是：经典力学只适用于解决宏观物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。

这种界定经典力学适用范围的描述是否完全正确，有值得探讨的地方：经典力学果真不能用来处理高速成运动问题吗？但事实上，高中物理教材在处理微观粒子（如质子、电子或α粒子等）在电场中的加速、偏转或在匀强磁场中做匀速圆周运动等类型问题时，即使粒子的速率高达到104—106 m/s，仍然应用的是经典力学的观点和规律；显然，“高速”应该是有条件的高速。

其二是“一般不适用于微观粒子”中的“一般”两个字，也并没有将问题的描述绝对化。

它表明，在一定条件下经典力学也适用于微观粒子。

那么，在什么条件下经典力学对微观粒子的描述才是有效的呢？从上述两方面的疑问出发思考，我们应该如何比较具体而全面地界定经典力学的适用范围呢？一、从研究对象上界定经典力学的适用范围经典力学研究的是宏观物体的机械运动，不涉及热运动和电磁场运动。

⑴“物体”——指实物，不包括“场”这类物质。

在进行理论研究时，对实物的结构还有要求：①物体整体可视为质点；②物体是几种特殊的质点组。

牛顿定律是以质点模型为基础的，从原则上讲，以质点的动力学方程为基础可处理一切质点问题。

但由于实际问题的复杂性和理论计算的复杂性，目前也只能处理几种特殊的质点组：极简单的自由质点组（二体问题、三体问题的部分解），及质点组的各种理想模型（如刚体、完全弹性体、理想流体、理想无穷大介质、……）。

所以，“质点组”是经典力学的原则上的适用范围，而实际范围还要缩小。

⑵“宏观”——是指物体内部包含大量的分子、原子。

当把整个物体作为研究对象，而不涉及其内部的分子、原子结构及其运动时（或者说只研究质心的运动规律时）牛顿定律是适用的。

《牛顿第三定律》讲义在我们探索物理学的奇妙世界时，牛顿第三定律就像一座稳固的桥梁，连接着物体之间相互作用的奥秘。

让我们一同深入了解这一定律，揭开它神秘的面纱。

一、牛顿第三定律的表述牛顿第三定律简单来说就是：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。

这看似简单的一句话，却蕴含着深刻的物理内涵。

比如说，当你用力推桌子时，桌子也会对你施加一个大小相等、方向相反的反作用力。

又或者，当一个篮球撞击地面时，地面会给篮球一个同样大小、方向相反的反作用力，使篮球弹起。

二、对牛顿第三定律的深入理解1、大小相等作用力和反作用力的大小总是严格相等的。

这意味着无论相互作用的物体性质如何、运动状态怎样，它们之间的力的大小都是精确匹配的。

举个例子，假设一个小孩用 10 牛顿的力去推一个成年人，成年人感受到小孩施加的力是 10 牛顿，同时小孩也会感受到成年人给予的反作用力也是 10 牛顿。

2、方向相反作用力和反作用力的方向总是完全相反的。

如果一个力是向左的，那么其反作用力一定是向右的；如果一个力是向上的，那么反作用力必然是向下的。

比如，火箭升空时，向下喷射高温气体，气体对火箭产生向上的反作用力，推动火箭上升。

3、作用在同一直线上这意味着作用力和反作用力的作用线是重合的。

它们没有任何的偏差或角度的差异，完全在同一条直线上。

以拔河比赛为例，两队人拉绳子，一方对绳子施加的力和另一方受到绳子的反作用力都在绳子所在的直线上。

三、牛顿第三定律的适用范围牛顿第三定律在宏观低速的情况下是普遍适用的。

但在微观领域，当涉及到量子力学的一些特殊情况时，可能会有一些细微的偏差。

不过，对于我们日常生活中的大多数现象，牛顿第三定律都能够准确地描述和解释物体之间的相互作用。

例如，在汽车碰撞的事故中，两车相撞时彼此施加的力符合牛顿第三定律；在体育运动中，运动员之间的接触和相互作用也遵循这一定律。

四、牛顿第三定律的实际应用1、行走和跑步当我们走路或跑步时，脚向后蹬地，地面对脚产生向前的反作用力，推动我们前进。

牛顿第三定律的内容主要有：两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。

即 F1＝－F2（N=N‘）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，所以不能求合力定义两物体相互作用时，它们对各自对方的相互作用力总是大小相等而方向相反的。

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。

而且同时产生同时消失，性质（重力，弹力，摩擦力等等）相同。

我们可将两个相互作用的物体之间的力称为第三定律力对。

注意（1）作用力和反作用力是没有主次、先后之分[1]。

同时产生、同时消失。

（2）这一对力是作用在不同物体上，不可能抵消。

（3）作用力和反作用力必须是同一性质的力。

（4）与参照系无关。

编辑本段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、分别作用在两个物体上、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，但相互作用力同时产生，同时消失④相互作用力只涉及两个物体（施力物体同时也是受力物体），而平衡力要涉及三个物体（两个施力物体和一个受力物体）⑤相互作用力分别作用在两个物体上，而平衡力共同作用在一个物体上⑥相互作用力没有合力，平衡力合力为零⑦相互作用力具有各自的作用效果，平衡力具有共同的作用效果根据力的性质，可以将它们分成弹性力、摩擦力、万有引力等，物体间的作用力和反作用力总是属于同一性质的力。

对于一对作用力与反作用力，不能说一个力是起因，而另一个力是结果。