高考物理知识大全三：牛顿定律

三、牛顿定律1、牛顿第一定律⑴内容：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．⑵理解牛顿第一定律时应注意的问题①牛顿第一定律不像其他定律一样是实验直接总结出来的，它是牛顿以伽利略的理想实验为基础总结出来的．②牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的运动规律，牛顿第一定律是独立规律，绝不能简单地看成是牛顿第二定律的特例．③牛顿第一定律的意义在于指出了一切物体都具有惯性，力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态产生加速度的原因．⑶牛顿第一定律可以从以下几个方面来进一步理解：①定律的前一句话揭示了物体所具有的一个重要属性，即“保持匀速直线运动状态或静止状态”，对于所说的物体，在空间上是指所有的任何一个物体；在时间上则是指每个物体总一、知识网络二、画龙点睛概念是具有这种属性．即在任何情况下都不存在没有这种属性的物体．这种“保持匀速直线运动状态或静止状态”的性质叫惯性．简而言之，牛顿第一定律指出了一切物体在任何情况下都具有惯性。

②定律的后一句话“直到有外力迫使它改变这种状态为止”实际上是对力下的定义：即力是改变物体运动状态的原因，而并不是维持物体运动的原因．③牛顿第一定律指出了物体不受外力作用时的运动规律．其实，不受外力作用的物体在我们的周围环境中是不存在的．当物体所受到的几个力的合力为零时，其运动效果和不受外力的情况相同，这时物体的运动状态是匀速直线运动或静止状态．应该注意到，不受任何外力和受平衡力作用，仅在运动效果上等同，但不能说二者完全等同，如一个不受力的弹簧和受到一对拉或压的平衡力作用的同一个弹簧，显然在弹簧是否发生形变方面是明显不同的．惯性：物体保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质叫惯性．⑷惯性是一切物体的固有属性，是性质，而不是力．与物体的受力情况及运动状态无关．因此说，人们只能利用惯性而不能克服惯性，质量是物体惯性大小的量度，即质量大的，惯性大；质量小的，惯性小．2、牛顿第二定律⑴内容：物体的加速度与所受合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同．⑵公式：F合= ma⑶理解牛顿第二定律时注意的问题①瞬时性：力与加速度的产生是同时的，即同时增大，同时减小，同时消失．F＝ma是对运动过程中的每一个瞬间成立的，某一时刻的加速度大小总跟那一时刻的合外力大小成正比，即有力作用就有加速度产生；外力停止作用，加速度随即消失，二者之间没有时间上的推迟或滞后，在持续不断的恒定外力作用下，物体具有持续不断的恒定加速度；外力随时间改变，则加速度也随时间做同步的改变．②矢量性：加速度的方向总与合外力方向一致．作用力F和加速度a都是矢量，所以牛顿第二定律的表达式F＝ma是一个矢量表达式，它反映了加速度的方向始终跟合外力的方向相同．而速度方向与合外力方向没有必然联系．③独立性：F合应为物体受到的合外力，a为物体的合加速度；而作用于物体上的每一个力各自产生的加速度也都遵从牛顿第二定律，与其他力无关(力的独立作用性)．而物体的合加速度则是每个力产生的加速度的矢量和。

④在使用牛顿第二定律时还应注意：公式中的a是相对于惯性参照系的，即相对于地面静止或匀速直线运动的参照系．另外，牛顿第二定律只适用于宏观低速的物体，对微观高速物体的研究，牛顿第二定律不适用．(高速是指与光速可比拟的速度；微观是指原子、原子核组成的世界)．3、牛顿第三定律⑴内容：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、作用在同一条直线上，但作用点不在同一个物体上．⑵注意：物体与物体之间的作用力和反作用力总是同时产生、同时消失、同种性质、分别作用在相互作用的两个物体上，它们分别对这两个物体产生的作用效果不能抵消．⑶作用力和反作用力与一对平衡力的区别：二对作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，而平衡力是作用在同一物体上；作用力与反作用力一定是同一性质的力，平衡力则可以是也可以不是；作用力和反作用力同时产生、同时消失，而一对平衡力，当去掉其中一⑷借助作用力与反作用力的关系，可以在解决实际问题时，根据需要变换研究对象，使得对实际问题的求解更为简便、可行．4、力学单位制⑴物理公式在确定物理间数量关系（因果关系）的同时，也确定了物理之间的单位关系。

⑵单位制：由许多不同的物理量的单位构成一套单位。

由基本单位和导出单位组成，国际单位制中基本单位有7个（见下表），除基本单位外的其它单位都是由物理公式导出，⑶单位制的应用：①导出单位用基本单位来表达；②应用物理公式计算时必须采用同一单位制。

5、超重和失重⑴超重：①超重现象：物体对支持物（或悬绳）的压力（或拉力）大于物体重力的现象设向上加速度为a，T-mg=F合=ma T=mg+ma②超重的动力学特征：支持面（或悬线）对物体的（向上）作用力大于物体所受的重力③超重的运动学特征：物体的加速度向上，它包括两种情况：向上加速运动或向下减速运动⑵失重：①失重现象：物体对支持物（或悬绳）的压力（或拉力）小于物体重力的现象设向下加速度为a，mg-T=F合=ma T=mg-ma当物体对支持物（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称为物体处于完全失重状态②失重的动力学特征：支持面（或悬线）对物体的（向上）作用力小于物体所受的重力③失重的运动学特征：物体的加速度向下，它包括两种情况：向下加速运动或向上减速运动物体处于完全失重状态时，a＝g⑶【注意】①物体处于“超重”或“失重”状态时，物体的重力并不变化，只是“视重”发生了变化。

②“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体的加速度方向③日常所说的“视重”与“重力”有区别。

视重大小是指物体对支持物或悬挂物的作用力大小，只有当物体的加速度为零时，视重大小等于重力的大小。

④在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效，浸在水中的物体不再受浮力等．1、动力学的两类基本问题：(1)已知物体的受力情况，求物体的运动情况． (2)已知物体的运动情况，求物体的受力情况． 2、应用牛顿运动定律解题的一般步骤(1)认真分析题意，明确已知条件和所求量．(2)选取研究对象，作隔离体．所选取的研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的系统．同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象．(3)分析研究对象的受力情况和运动情况．(4)当研究对象所受的外力不在一条直线上时：如果物体只受两个力，可以用平行四边形定则求其合力；如果物体受力较多，一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到沿运动方向和垂直运动方向上．(5)根据牛顿第二定律和运动学公式列方程．物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行运算．(6)解方程、验结果，必要时对结果进行讨论由于实际问题有简有繁，所以对上述步骤不能机械地套用，要注意掌握概念和规律的实质，灵活运用．说明：①不管哪类问题，一般总是先由已知条件求出加速度，然后再由此解出问题的答案．②解题步骤概述为：弄清题意、确定对象、分析运动、分析受力、建立坐标、列出方程、统一单位、计算数值．③两类基本问题中，受力分析是关键，加速度是解题的枢纽、桥梁，例题：处于光滑水平面上的质量为2千克的物体，开始静止，先给它一个向东的6牛顿的力F 1，作用2秒后，撤去F 1，同时给它一个向南的8牛顿的力，又作用2秒后撤去，求此物体在这4秒内的位移是多少？ 解析：质量是m 的物体受到向东的F 1作用时，立即产生向东的加速度a 1，根据牛顿第二定律，得：a F m 112623===米秒/，撤去后，F a 11立即消失。

但应注意的是，力撤去了，物体速度并不会消失。

物体仍要向东运动，所以，这4秒内物体向东的位移为： s a t a t t 东··=+12112112=+=1232322182····米。

在注意力与加速度瞬时性的同时，还应注意它们的矢量性，当撤去F 1的同时就给一个向南F 2的力的作用。

此时物体的加速度也应立即变成向南的加速度a 2，根据牛顿第二定律 得：a F m 222824===米秒/ 所以，物体同时以向南加速度a 2，做向南初速度为零的匀加速运动，2秒末位移为：s a t 南···米===12124282222因为位移为矢量，所以这4秒内物体的位移为：s s s =+=+=东南米。

2222188197.例题：传送皮带与水平成α角，如右图所示，质量为m 的零件随皮带一起运动，求下列情况下零件所受的静摩擦力。

（1）匀速上升或下降； （2）以加速度a 加速上升或减速下降； （3）以加速度a 加速下降或减速上升。

解析：若按通常办法，分析零件与皮带的相对运动趋势，来确定静摩擦力，那是很困难的。

正确的方法是结合零件的运动状态来求摩擦力大小和方向。

（1）匀速上升或下降，都属于平衡状态，为了和下滑力平衡，因此，静摩擦力方向必定沿斜面向上，且大小等于下滑力：f mg =·sin α（2）加速上升或减速下降时，加速度a 的方向都是沿斜面向上，因此，根据牛顿第二定律，静摩擦力方向必沿斜面向上，且大于下滑力：即 f mg m a -=··sin α 得f m ag =+··(sin )α（3）加速下降或减速上升时，a 的方向都是沿斜面向下，又因为下滑力的方向也是沿斜面向下，根据牛顿第二定律分析，就有三种可能： a g =·sin α时，这是单靠下滑力产生的加速度，故f =0。

a g <·sin α时，有沿斜面向上的静摩擦力存在，mg f ma ·sin α-= 得f mg a =-(sin )·。

αa g >·sin α时，有沿斜面向下的静摩擦力存在，mg f ma ·sin α+= 得f m ag =-(sin )α。

例题：质量m 128=.千克的物体A 放在水平地面上，与地面的滑动摩擦系数μ102=.。

质量m B 22=千克的物体，B A 放在的竖直前表面上，A 、B 间滑动摩擦系数μ2=0.5。

如图所示。

今以F ＝45.6牛顿的水平推力推A 的后表面时，求A 对地面的压力。

解析：A 对地面的压力，取决于A 、B 的运动状态。

不难看出，推力F 越大，A 的加速度越大，对地面的压力也会越大，但对地面的压力决不会超过A 和B 的总重量。

因此本题正确方法，仍为先做出正确的受力分析（如右图所示）结合运动状态，根据牛顿第二定律求解。

隔离A ：水平方向：F N Q m a --=μ11· 竖直方向：Q N m g --=μ210·隔离B ：水平方向：N m a =2·代入数据：456022805281002.....--=--⨯==⎧⎨⎪⎩⎪N Q a Q N N a联立解得：Q =36牛。