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高中物理竞赛之运动定律


运动定律 §3.1 牛顿定律 3.1.1、牛顿第一定律 任何物体都保持静止或匀速直线运动状态, 直到其他物体所作用的力迫使它改变这种状 态为止。这是牛顿第一定律的内容。牛顿第一定律是质点动力学的出发点。 物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质称为惯性。牛顿第一定律又称为惯性定 律,惯性定律是物体的固有属性,可用质量来量度。 无论是静止还是匀速直线运动状态, 其速度都是不变的。

速度不变的运动也就是没有加 速度的运动,所以物体如果不受到其他物体的作用,就作没有加速度的运动,牛顿第一定律 指出了力是改变物体运动状态的原因。 牛顿第一定律只在一类特殊的参照系中成立,此参照系称为惯性参照系。简称惯性系。 相对某一惯性系作匀速运动的参照系必定也是惯性系, 牛顿第一定律不成立的参照系称为非 惯性参照系,简称非惯性系,非惯性系相对惯性系必作变速运动,地球是较好的惯性系,太 阳是精度更高的惯性系。 3.1.2.牛顿第二定律 (1)定律内容:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度 的方向跟合外力的方向相同 (2)数学表达式: (3)理解要点 ①牛顿第二定律不仅揭示了物体的加速度跟它所受的合外力之间的数量关系, 而且揭示 了加速度方向总与合外力的方向一致的矢量关系。 在应用该定律处理物体在二维平面或三维 空间中运动的问题,往往需要选择适当的坐标系,把它写成分量形式 a? ?F 或 F ? ma ? m ? F ? ma Fz ? maz Fx ? max Fy ? may ②牛顿第二定律反映了力的瞬时作用规律。 物体的加速度与它所受的合外力是时刻对应 的, 即物体所受合外力不论在大小还是方向上一旦发生变化, 其加速度也一定同时发生相应 的变化。 ③当物体受到几个力的作用时, 每个力各自独立地使物体产生一个加速度, 就如同其他 力不存在—样;物体受几个力共同作用时,产生的加速度等于每 F2 个力单独作用时产生的加速度的矢量和,如图 3-1-1 示。这个结 ?F 论称为力的独立作用原理。 a2 a ④牛顿第二定律阐述了物体的质量是惯性大小的量度,公式 a1 F1 m ? F / a 反映了对同—物体,其所受合外跟它的加速度之比 图 3-1-1 值是个常数,而对不同物体其比值不同,这个比值的大小就是物 体的质量,它是物体惯性大小量度,当合外力不变时,物体加速度跟其质量成反比,即质量 越大,物体加速度越小,运动状态越难改变,惯性也就越大。 ? a?? F / m ⑤牛顿第二定律的数学表达式 ,故 ? F ? kma,当定义使质量为 1kg 的物体产生1m s 2 ? F ? ma 定义了力的基本单位;牛顿(N)。因为, 2 加速度的作用力为 1N 时,即 1N= 1kg ? 1m s 时,k=1。由于力的单位 1N 的规定使牛顿第二定律公式 中的 k=1,由此所产生的单位制即我们最常用的国际单位制。 1 ⑥在惯性参考系中,公式 中的 ma 不是一个单独的力, 更不能称它是什么“加速力”,它是一个效果力,只是在数值上等于物 体所受的合外力。 ⑦对一个质点系而言,同样可以应用牛顿第二定律。 如果这个质量系在任意的 x 方向上受的合外力为 个物体(质量分别为 ? F ? ma ? F v Fx , 质点系中的 n 图 3-2-1 m1 , m2 ,??mn )在 x 方向上的加速度分别为 a1x , a2 x ,??anx ,那么有 Fx ? m1a1x ? m2 a2 x ? ?? ? mn anx 这就是

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