高中物理牛頓第一定律的詳解
高中物理牛頓第一定律的詳解
牛頓定律是高中物理學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)砼ｎD第一定律的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中物理牛頓第一定律的介紹
牛頓第一定律有兩種表達方式，分別如下：
(1)一切物體在沒有受到力的作用時，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態(tài)。
(2)當(dāng)一個質(zhì)點距離其他質(zhì)點足夠遠時，這個質(zhì)點就作勻速直線運動或保持靜止。
第一種表達方式較普遍，第二種表達方式在愛因斯坦和吳大猷的著作中曾經(jīng)被提到，兩種表達方式等價。
由于物體保持運動狀態(tài)不變的特性叫做慣性，所以牛頓第一定律也叫慣性定律。
慣性是一切物體固有的屬性，無論是固體、液體或氣體，無論物體是運動還是靜止，都具有慣性。
注：牛頓第一定律不是對所有的參考系都適用。在高中物理研究范圍內(nèi)，大部分情況下牛頓定律都使用。能使牛頓第一定律，這樣的參考系被稱為慣性參考系，簡稱慣性系。
牛頓第一定律說明了兩個問題
牛頓第一定律說明了兩個問題：
(1)它明確了力和運動的關(guān)系。物體的運動并不是需要力來維持，只有當(dāng)物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，即產(chǎn)生加速度時，才需要力的作用。在牛頓第一定律的基礎(chǔ)上得出力的定性 英文名稱：Newton&定義：力是一個物體對另一個物體的作用，它使受力物體改變運動狀態(tài)。
(2)它提出了慣性的概念。物體之所以保持靜止或勻速直線運動，是在不受力的條件下，由物體本身的特性來決定的。物體所固有的、保持原來運動狀態(tài)不變的特性叫慣性。物體不受力時所作的勻速直線運動也叫慣性運動。牛頓在第一定律中沒有說明靜止或運動狀態(tài)是相對于什么參照系說的，然而，按牛頓的本意，這里所指的運動是在絕對時間過程中的相對于絕對空間的某一絕對運動。牛頓第一定律成立于這樣的參照系。通常把牛頓第一定律成立的參照系成為慣性參照系，因此這一定律在實際上定義了慣性參照系這一重要概念。牛頓第一定律是作為牛頓力學(xué)體系一條規(guī)律，它具有特殊意義，是三大定律中不可缺少的獨立定律。不能將第一定律看作牛頓第二定律的特例。
注意：力不是產(chǎn)生速度的原因，而是產(chǎn)生加速度的原因!
高中物理牛頓第二定律的介紹
物體的加速度跟所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。
牛頓第二定律公式表示：a=F合/m;
注意，牛頓第二定律的公式表述和我們常用的F合=ma不同。我們常用的公式，嚴(yán)格來說是牛頓第二定律的變型式。
特別要注意牛頓第二定律的第三句表述。因為力和加速度都是矢量，它們的關(guān)系除了數(shù)量大小的關(guān)系外，還有方向之間的關(guān)系。
明確力和加速度方向，也是正確列出方程的重要環(huán)節(jié)。
對于高一的學(xué)生來說，在剛學(xué)習(xí)這里的時候，最好規(guī)定出研究的正方向。
牛頓第二定律確立了力和運動的關(guān)系，明確了物體的受力情況和運動情況之間的定量關(guān)系。加速度是聯(lián)系物體的受力情況和運動情況的橋梁(或紐帶)。
力的單位的由來
我們現(xiàn)在來看這個公式，覺得很簡單;但是物理學(xué)家們得到這個公式，太不容易了。
為什么?因為當(dāng)時連力的清晰的定義都沒有，更別說力的單位了。
牛頓第二定律的描述中，并沒有提到正比、反比中的比例系數(shù)。
不知道在看牛頓第二定律內(nèi)容時，有幾個同學(xué)注意到了，我們上面寫的表達式?jīng)]有寫比例系數(shù)k，寫的是a=F/m;即取的比例系數(shù)為最基本的自然數(shù)：1;嚴(yán)格來說，牛頓第二定律的表達式是：a=k*(F/m);
當(dāng)時的“力的大小”，只能用一升水的力(指的是一千克的重力)、兩升水的力來定性地做描述。
在得到a=k*(F/m)公式后，物理學(xué)家們就人為取k=1，這樣便從(F=k*ma=ma)中得到了力的單位：
力的單位：千克*米/二次方秒。
一牛頓的力，剛好能夠讓一千克的物體獲得一米每秒的加速度。
前面提到的“一牛頓的力”，正是為了紀(jì)念牛頓，才將其名字作為力的單位的。力的單位簡稱牛，符號是N;
牛頓第二定律實驗驗證
牛頓第二定律實驗是高中生接觸到的第一個有難度的實驗。下面高中物理網(wǎng)為同學(xué)們做一個詳解。
(1)牛頓第二定律實驗?zāi)康摹⒃韺嶒?/p>
目的 驗證牛頓第二定律：物體的質(zhì)量一定時，加速度與作用力成正比;作用力一定時，加速度與質(zhì)量成反比。
實驗原理：利用砂及砂桶通過細線牽引小車做加速運動的方法，采用控制變量法研究上述兩組關(guān)系。
如圖所示，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使小車所受的阻力忽略，當(dāng)M和m做加速運動時，可以得到
當(dāng)M>>m時，可近似認為小車所受的拉力T等于mg; 本實驗第一部分保持小車的質(zhì)量不變，改變m的大小，測出相應(yīng)的a，驗證a與F的關(guān)系; 第二部分保持m不變，改變M的大小，測出小車運動的加速度a，驗證a與M的關(guān)系.
(2)實驗器材
電磁打點計時器，紙帶及復(fù)寫紙，低壓交流電源，兩根導(dǎo)線，小車，一端附有滑輪的長木板，薄木板，小桶，細繩，砂，天平，刻度尺，砝碼.
(3)實驗步驟及器材調(diào)整
(1)用天平測出小車和小桶與砂的質(zhì)量M和m，把數(shù)值記錄下來;
(2)按圖上圖所示把實驗器材安裝好;
(3)平衡摩擦力：在長木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動其位置，直至后面的紙帶連好并不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速運動為止;
(4)將砂桶通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，使小車運動，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼;
(5)保持小車的質(zhì)量不變，改變砂桶中的砂量(確保M>>m)重復(fù)步驟(4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標(biāo)記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi);
(6)建立坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，在坐標(biāo)系上描點，畫出相應(yīng)的圖線以驗證倪與F的關(guān)系;
(7)保持砂及小桶的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量(在小車上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)驗證a與M的關(guān)系;
(4)操作注意事項
(1)在牛頓第二定律實驗中，必須平衡摩擦力，方法是將長木板的一端墊起，而墊起的位置要恰當(dāng).在位置確定以后，不能再更換傾角;
(2)改變m和M的大小時，每次小車開始釋放時應(yīng)盡量靠近打點計時器，而且先通電再放小車;
(3)每次利用紙帶確定a時，應(yīng)求解其平均加速度;
(5)數(shù)據(jù)處理及誤差分析
(1)該實驗原理中T=
; 可見要在每次實驗中均要求M>>m，只有這樣，才能使?fàn)恳≤嚨臓恳频扔谏凹吧巴暗闹亓?
(2)在平衡摩擦力時，墊起的物體的位置要適當(dāng)，長木板形成的傾角既不能太大也不能太小，同時每次改變M時，不再重復(fù)平衡摩擦力;
(3)在驗證a與M的關(guān)系時，作圖時應(yīng)將橫軸用l/M表示，這樣才能使圖象更直觀;
牛頓第二定律由牛頓提出
牛頓第二運動定律的常見表述是：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。
該定律是由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中提出的。牛頓第二運動定律和第一、第三定律共同組成了牛頓運動定律，闡述了經(jīng)典力學(xué)中基本的運動規(guī)律。
牛頓第二運動定律只適用于慣性參考系。慣性參考系是指牛頓運動定律成立的參考系，在非慣性參考系中牛頓第二運動定律不適用。但是，通過慣性力的引入?？梢允古ｎD第二運動定律的表示形式在非慣性系中使用。
高中物理牛頓第三定律的介紹
牛頓第三定律的內(nèi)容：兩個物體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。
1.區(qū)分一對作用力反作用力和一對平衡力
一對作用力反作用力和一對平衡力的共同點有：大小相等、方向相反、作用在同一條直線上。不同點有：作用力反作用力作用在兩個不同物體上，而平衡力作用在同一個物體上;作用力反作用力一定是同種性質(zhì)的力，而平衡力可能是不同性質(zhì)的力;作用力反作用力一定是同時產(chǎn)生同時消失的，而平衡力中的一個消失后，另一個可能仍然存在。舉一個例子來幫助大家理解。一個物體靜止在桌面上，其自身重力與桌面的支持力(彈力)是一對兒平衡力;而左面的支持力和物體對桌面的壓力是作用力與反作用力。
2.一對作用力和反作用力的沖量和功
一對作用力和反作用力在同一個過程中(同一段時間或同一段位移)的總沖量一定為零，但作的總功可能為零、可能為正、也可能為負。這是因為作用力和反作用力的作用時間一定是相同的，而兩者對應(yīng)的位移大小、方向都可能是不同的。
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