牛頓第一定律(慣性定律)
伽利略首先發(fā)現(xiàn)
內(nèi)容:任何物體如果沒(méi)有力作用在它上面,都將保持靜止的或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。
理解:
1. 實(shí)驗(yàn)定律?
通過(guò)思想實(shí)驗(yàn), 運(yùn)用想像力, 歸納得到,找不到無(wú)力的環(huán)境。
2. 定義了慣性參考系
第一定律內(nèi)容邏輯上隱含了參考系
靜止或運(yùn)動(dòng)相對(duì)誰(shuí)? 慣性系存在
又有一層含義:不是慣性系的參考系也存在。假設(shè)世界上只存在慣性系,那也就沒(méi)必要定義這個(gè)名詞了。
比如:一列火車相對(duì)于E(地面)以加速度a向右勻加速運(yùn)動(dòng),物體和車廂之間沒(méi)有摩擦(假想實(shí)驗(yàn))。
在E看來(lái)物體保持靜止?fàn)顟B(tài),在S系(火車)看來(lái),物體是以相反方向大小a的加速度運(yùn)動(dòng),狀態(tài)改變了,所以火車不是慣性系。
牛頓第一定律在邏輯上成立于慣性系中,牛頓第一定律成立的參考系稱為慣性系。
實(shí)際的慣性系:(近似的慣性系)
地面參考系 自轉(zhuǎn) a ~ 3.4 cm/s2
地心參考系 公轉(zhuǎn) a ~ 0.6 cm/s2
太陽(yáng)參考系 繞銀河系 a ~ 310-8cm/s2
遙遠(yuǎn)的恒星參考系, 接近理想的慣性系
天文觀測(cè), 用更好的慣性系
3.定性了力
沒(méi)有力, 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變(力的性質(zhì),)
4. 揭示了物體的自然屬性: 慣性
沒(méi)有力為什么物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不改變呢,沒(méi)人知道,命為自然屬性。但是在牛頓第一定律之前人們是不知道物質(zhì)的這種屬性的,是牛頓第一定律第一次揭示了這種屬性。
第一定律陳述方式似乎模糊,其實(shí)邏輯自洽:牛頓第一定律成立的參考系是慣性系,牛頓第一定律在慣性系中才成立。概念的開(kāi)放性。
物理學(xué)的理論體系都是邏輯自洽的體系。
牛頓第一定律的理論體系是完善的。慣性系沒(méi)有施加限度,現(xiàn)代對(duì)慣性系的理解已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)深于當(dāng)時(shí)。
牛頓第二定律
物體的加速度跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。
公式 F=ma
理解
在實(shí)際情況中F表示物體所受的合力,a為合力F產(chǎn)生的加速度。
矢量性
加速度a的方向和合外力F的方向相同
瞬時(shí)性
加速度a與合外力F是同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消失。
因果性
a(結(jié)果),F(xiàn)(原因)
所以只能說(shuō)加速度和力成正比;不能說(shuō)力和加速度成正比。
應(yīng)用
物體受到兩個(gè)以上的力的作用而產(chǎn)生加速度時(shí),常用正交分解法解題。
1、正交分解求物體受力問(wèn)題
把力正交分解在沿加速度方向和垂直于加速度方向上,在沿加速度的方向列方程Fx=ma,在垂直于加速度方向列方程Fy=0求解。
2、分解加速度求物體受力問(wèn)題
分析物體受力,建立直角坐標(biāo)系,將加速度a分解為ax和ay,根據(jù)牛頓第二定律得Fx=max,F(xiàn)y=may求解。
分析瞬時(shí)狀態(tài)前后的受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
1、剛性繩(或接觸面)
剪斷(或脫離)后,其彈力立即消失,不需要形變恢復(fù)的時(shí)間。
2、彈簧(或橡皮繩)
形變量大,恢復(fù)形變需要較長(zhǎng)時(shí)間,分析瞬時(shí)問(wèn)題時(shí)彈力的大小可以看成不變。
牛頓第二定律的臨界問(wèn)題
當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)變化到某個(gè)特定狀態(tài)時(shí),有關(guān)物理量發(fā)生突變,該物理量的值叫臨界值,該特定狀態(tài)為臨界狀態(tài)。
需要在給定的物理情境中求解物理量的上限或下限,關(guān)鍵點(diǎn)①臨界狀態(tài)的由來(lái)②臨界狀態(tài)時(shí)物體的受力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征。
力學(xué)單位制
選定幾個(gè)物理量,能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其它物理量的單位,這些選定的物理量叫做基本量,它們的單位叫做基本單位。例如長(zhǎng)度,質(zhì)量,時(shí)間是基本量,它們的單位米,千克,秒就是基本單位。
由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)的其他物理量的單位,例如:速度,加速度的單位,叫做導(dǎo)出單位。
基本單位和導(dǎo)出單位一起組成了單位制。
牛頓第三定律
1.力是物體對(duì)物體的作用,一個(gè)力一定存在著受力物體和施力物體。
2.力的作用總是相互的,物體間相互作用的這一對(duì)力互稱作用力和反作用力。
3.實(shí)驗(yàn)探究
如下圖所示,把兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)A和B連接在一起,用手拉A。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是相等的。改變拉力,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)也都隨之改變,但兩個(gè)示數(shù)總相等,這說(shuō)明作用力和反作用力大小相等,方向相反。
4.牛頓第三定律
(1)內(nèi)容:兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。
(2)表達(dá)式:F=-F′.(負(fù)號(hào)表示方向相反)
【核心點(diǎn)擊】
1.對(duì)作用力和反作用力的理解
(1)三個(gè)特征:
①等值,即大小總是相等的。
②反向,即方向總是相反的。
③共線,即二者總是在同一直線上。
(2)四種性質(zhì):
①異體性,即作用力和反作用力是分別作用在彼此相互作用的兩個(gè)物體上。
②同時(shí)性,即作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)變化,同時(shí)消失。
③相互性,即作用力和反作用力總是相互的、成對(duì)出現(xiàn)的。
④同性性,即二者性質(zhì)總是相同的。
2.牛頓第三定律的適用范圍:
牛頓第三定律是個(gè)普遍定律,所闡明的作用力與反作用力的關(guān)系不僅適用于靜止的物體之間,也適用于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間,這種關(guān)系與作用力性質(zhì)、物體質(zhì)量大小、作用方式(接觸還是不接觸)、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及參考系的選擇均無(wú)關(guān)。
3.作用力和反作用力與平衡力的區(qū)別
物體的受力分析
1.受力分析
把指定物體(研究對(duì)象)在特定的物理環(huán)境中受到的所有力找出來(lái),并畫(huà)出受力示意圖,這就是受力分析。受力分析時(shí)只分析物體受到的力,而不分析它對(duì)其他物體施加的力,但可以通過(guò)分析施力情況而確定受力情況。
2.力學(xué)中三種常見(jiàn)作用力
(1)重力:任何物體都受重力,方向豎直向下。
(2)彈力:兩個(gè)相互接觸的物體相互擠壓,就會(huì)產(chǎn)生彈力,其方向與接觸面垂直。
(3)摩擦力:當(dāng)接觸面粗糙且發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),接觸面處就會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力或靜摩擦力,其方向與接觸面相切。
核心點(diǎn)擊
1.受力分析的一般順序
一般先分析重力;再分析彈力,環(huán)繞物體一周,找出跟研究對(duì)象接觸的物體,并逐個(gè)分析這些物體對(duì)研究對(duì)象是否有彈力作用;然后分析摩擦力,對(duì)凡有彈力作用處逐一進(jìn)行分析;最后是其他力。
2.受力分析常用的方法
(1)整體法與隔離法
(2)假設(shè)法:在受力分析時(shí),若不能確定某力是否存在,可先對(duì)其作出存在或不存在的情況假設(shè),然后再就該力存在與否對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響的不同來(lái)判斷該力是否存在。
3.受力分析的步驟
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