牛頓第一定律是物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,確定了力的性質(zhì),力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(物體的運(yùn)動(dòng)速度)的原因,而不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,揭示了物體所具有的一個(gè)重要屬性——慣性,即物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),而質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度,質(zhì)量大則慣性大,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變;牛頓第一定律揭示了力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系,力是使物體產(chǎn)生加速度的原因,如果物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化,則物體必然受到不為零的合外力作用,物體不受外力和物體所受合外力為零是有區(qū)別的,所以不能把牛頓第一定律當(dāng)成牛頓第二定律在F=0時(shí)的特例,因此不能說(shuō)牛頓第一定律是實(shí)驗(yàn)定律,牛頓第一定律適用于一切物體。
1、瞬時(shí)性:
牛頓第二定律的表達(dá)式為F=ma,其核心是加速度與合外力的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系,即力的瞬時(shí)變化將導(dǎo)致加速度的瞬時(shí)變化,加速度的變化不需要時(shí)間的積累,加速度和力同時(shí)存在、同時(shí)變化、同時(shí)消失,題中常伴隨一些諸如“瞬時(shí)”、“突然”、“猛地”等標(biāo)志性詞語(yǔ),在分析瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)應(yīng)注意:
(1)“輕繩”模型:輕繩的質(zhì)量和重力均可視為零,只能受拉力作用,不能承受壓力,各處受力相等且沿繩子背離受力物體,輕繩一般不可伸長(zhǎng),拉力可以發(fā)生突變。
(2)“輕質(zhì)彈簧”模型:輕質(zhì)彈簧的質(zhì)量和重力也不計(jì),既能受拉力作用,也可受壓力作用(橡皮筋除外),其受力方向與彈簧形變方向相反,因其發(fā)生形變需要一定時(shí)間,其彈力不能發(fā)生突變,但當(dāng)彈簧和橡皮筋被剪斷時(shí),其所受的彈力立即消失。
2、矢量性、獨(dú)立性、同體性:
F=ma是一個(gè)矢量式,任一瞬時(shí),力和加速度方向永遠(yuǎn)一致;當(dāng)物體同時(shí)受到幾個(gè)力的作用,則各力將獨(dú)立產(chǎn)生與其對(duì)應(yīng)的加速度,而物體表現(xiàn)出來(lái)的實(shí)際加速度是各力產(chǎn)生的加速度的矢量和;F=ma中F、m、a必須對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體或系統(tǒng),各量必為國(guó)際制單位。
牛頓第三定律描述了一對(duì)相互作用力之間的關(guān)系,只對(duì)相互作用的兩個(gè)物體成立,兩個(gè)物體間的作用力與反作用力總是大小相等、方向相反,作用在一條直線上的,性質(zhì)相同,同時(shí)存在同時(shí)消失,要注意與一對(duì)平衡力(作用在同一物體上)的區(qū)別,作用力和反作用力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及其他作用力無(wú)關(guān),但平衡力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及其他作用力有關(guān),借助牛頓第三定律可以變換研究對(duì)象,從一個(gè)物體的受力分析討論另一個(gè)物體的受力分析。
1.超重和失重的實(shí)質(zhì)
物體發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時(shí),它的重力并沒(méi)有變化,而是對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┌l(fā)生了變化,發(fā)生超重和失重時(shí)對(duì)支持物的壓力或懸掛物的拉力又稱(chēng)為視重,即我們感覺(jué)物體的重力好像發(fā)生了變化.
2.超重和失重狀態(tài)的判斷
如果物體有豎直向上的加速度(或分加速度)時(shí),物體處于超重狀態(tài);如果物體有豎直向下的加速度(或分加速度)時(shí),物體處于失重狀態(tài),也就是說(shuō)超重和失重現(xiàn)象僅與加速度方向有關(guān),與物體運(yùn)動(dòng)方向、速度大小無(wú)關(guān).
3.在完全失重狀態(tài)下,一切由于重力所產(chǎn)生的現(xiàn)象都會(huì)消失,例如在太空飛行的宇宙飛船中天平不能稱(chēng)量物體的質(zhì)量,水銀氣壓計(jì)不能再測(cè)出氣壓,浸沒(méi)在液體中的物體不再受浮力作用等.
4.對(duì)系統(tǒng)處于超重、失重的判定不能只看某一物體,要綜合分析某一物體的加速運(yùn)動(dòng)會(huì)不會(huì)引起其他物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,如臺(tái)秤上放一盛水容器,一細(xì)線一端拴一木球,另一端拴于盛水容器的底部,剪斷細(xì)線,木球加速上升同時(shí)有相同體積的水以相同加速度在加速下降,綜合起來(lái)臺(tái)秤示數(shù)會(huì)減小。
合成法:合成法需要首先確定研究對(duì)象,畫(huà)出受力分析圖,將各個(gè)力按照力的平行四邊形定則在加速度方向上合成,直接求出合力,再根據(jù)牛頓第二定律列式求解,此方法被稱(chēng)為合成法,具有直觀簡(jiǎn)便的特點(diǎn).
分解法:分解法需確定研究對(duì)象,畫(huà)出受力分析圖,根據(jù)力的實(shí)際作用效果,將某一個(gè)力分解成兩個(gè)分力,然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解,此方法被稱(chēng)為分解法.分解法是應(yīng)用牛頓第二定律解題的常用方法,但此法要求對(duì)力的作用效果有著清楚的認(rèn)識(shí),要按照力的實(shí)際效果進(jìn)行分解.
正交分解法:正交分解法需確定研究對(duì)象,畫(huà)出受力分析圖,建立直角坐標(biāo)系,將相關(guān)作用力投影到相互垂直的兩個(gè)坐標(biāo)軸上,然后在兩個(gè)坐標(biāo)軸上分別求合力,再根據(jù)牛頓第二定律列式求解,此方法被稱(chēng)為正交分解法.直角坐標(biāo)系的選取,原則上是任意的,但坐標(biāo)系建立的不合適,會(huì)給解題帶來(lái)很大的麻煩,如何快速準(zhǔn)確地建立坐標(biāo)系,要依據(jù)題目的具體情境而定,正交分解的最終目的是為了合成.
隔離法與整體法的選?。?/b>
在物理問(wèn)題中,當(dāng)所研究的問(wèn)題涉及由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互作用的物體構(gòu)成的物體組或連接體(系統(tǒng)內(nèi)的物體的加速度不一定相同)時(shí):
(1)若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度,且要求物體間的相互作用力時(shí),一般先用整體法由牛頓第二定律求出系統(tǒng)的加速度(注意F=ma中質(zhì)量m與研究對(duì)象的對(duì)應(yīng)),再根據(jù)題目要求,將其中的某個(gè)物體(受力數(shù)少的物體)進(jìn)行隔離分析并求解它們之間的相互作用力,即“先整體求加速度,后隔離求內(nèi)力”。
(2)若系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的加速度不相同,又不需要求系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力時(shí),可利用系統(tǒng)牛頓第二定律整體列式,減少未知的內(nèi)力,簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)運(yùn)算。
(3)若系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的加速度不相同,又需要知道物體間的相互作用力,往往把物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái),分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況,并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程。
隔離法和整體法是互相依存、互相補(bǔ)充的,兩種方法配合交替使用,常能更有效地解決問(wèn)題。
無(wú)論是已知運(yùn)動(dòng)求受力,還是已知受力求運(yùn)動(dòng),做好“兩分析”是關(guān)鍵,即受力分析和運(yùn)動(dòng)分析(受力分析時(shí)畫(huà)出受力圖,運(yùn)動(dòng)分析時(shí)畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖),其基本方法是:
(1)抓住物理量——加速度,根據(jù)受力情況依據(jù)牛頓第二定律找加速度,再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)找出物體的運(yùn)動(dòng)情況;或是根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況,依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式找出加速度,再根據(jù)牛頓第二定律找出合力,在根據(jù)受力分析確定物體的受力情況。
(2)認(rèn)真分析題意,明確已知量與所求量(注意符號(hào))。
(3)選取研究對(duì)象,分析研究對(duì)象的受力情況與運(yùn)動(dòng)情況,物體的運(yùn)動(dòng)情況是由所受的力及物體運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)共同決定的,而加速度是聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的橋梁。
(4)利用力的合成與分解、正交分解等方法及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求解,并做檢驗(yàn)、討論。
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