牛顿三定律范文第1篇
牛顿第二定律定量地给出了物体的加速度的大小跟它所受的合力成正比, 跟物体的质量成反比, 加速度的方向跟合外力的方向相同, 其数学表达式为F=ma。
本人从事大中专及高职物理教学工作多年, 发现这样一种现象, 在经典力学重点章节中, 除运动学一章外, 其余各章节的主要内容都可以由牛顿第二定律推导而来, 力学中几乎所有的定理、定律都要用到牛顿第二定律来推导、证明。下面举几个例子来说明。
1 结合功的定义、运动学公式推导动能定理
如图1所示, 设质量为m的物体, 在水平拉力F作用下, 在光滑的水平面上运动, 设物体初速度为V1, 发生一段位移S后速度变为V2。
在这一运动过程中, 外力F对物体所做的功为W=FS。
根据牛顿第二定律F=ma和运动学公式代入上式可得
其中Ek2, Ek1分别表示物体的末动能和初动能。上式表明, 合外力对物体所的功等于物体动能的变化。
以上过程就是动能定理的推导。利用动能定理还可以导出机械能守恒定律。
2 结合加速度的定义公式推导动量定理
设一个质量为m的物体, 初速度为V0, 在合外力F的作用下, 经过时间t后速度变为Vt, 根据牛顿第二定律有F=ma。
即F·t=pt-p0
上式表明, 物体所受合外力冲量等于物体动量的变化。
以上就是动量定理的推导, 利用动量定理和牛顿第三定律即可推导出动量守恒定律。
3 应用牛顿第二定律推导向心力公式
牛顿第二定律除了在推导相关定理、定律中起主要作作用外, 还在高职教材第6章曲线运动中有重要的应用, 比如向心力公式的推导。
如图2所示, 一质点受到拉力F的作用在光滑的平面内而做匀速圆周运动, 则据牛顿第二定律有:。
如图3所示, 根据放大了的矢量三角形△ACD。
所以, 向心力的公式为:
4 应用牛顿第二定律解题
应用牛顿第二定律解题, 主要有以下三种类型:
(1) 直接套用公式
例:一个铁块在8N的力作用下, 产生的加速度是, 它在12N作用下产生的加速度是多少?
分析与解答:这是一道直接套用公式的题目。物体的质量一定, 加速度与力成正比。
(2) 已知物体的受力情况, 求运动情况。
例:如图4所示:一质量为5kg的滑块在F=15N水平拉力作用下由静止开始做匀加速直线运动, 若滑块与水平之间的动摩擦因数为0.2, 则求:滑块受到水平面的支持力;滑块运动的加速度;滑块在力F作用下经过5S通过的位移。
分析与解答:这是一个已知物体的受力情况求运动情况的问题。首先要确定问题的研究对象, 分析它的受力情况。木块受到四个力的作用:水平方向的拉力F和滑动摩擦力f、竖直方向的重力G和水平面对木块的支持力N如图5所示。
其次分析木块的加速度情况。依题意, 木块加速度与合外力方向相同, 木块做匀加速直线运动。选取水平向右方向为x轴正方向, 竖直向上的方向为y轴的正方向。
应用牛顿运动定律列出方程求解。
沿y轴方向平衡,
沿x方向产生加速度
运用运动学公式求出滑块在5S内的位移为:
(3) 已知物体的运动情况, 求受力情况
如图6所示, 质量为m的物块在与水平方向成θ=37°角的斜向上拉力F的作用下沿水平面以的加速度运动, 物块与水平面间的动摩因数为0.2, 求拉力的大小。 (sin37°=0.6, cos37°=0.8)
分析与解答:这是一个已知物体的受力情况, 求运动情况的问题首先要确定问题的研究对象, 分析物块的受力情况。物块受到四个力的作用:重力G, 方向竖直向下;地面的支持力N, 方向垂直向上;拉力F, 方向与水平方向成37°;滑动摩擦力f, 方向水平向左, 如图7所示。
其次分析物块的加速度情况。物体运动的加速度题目中已告之。选取直角坐标系, 将力F分解成Fcosθ和Fsinθ应用牛顿运动定律求解。
沿y方向受力平衡,
沿x方向合力产生加速度Fsinθ-f=ma
即Fsinθ-µ (mg+Fsinθ) =ma
5 在其它学科中的应用
本人在从事高职机电专业工程力学的教学中, 发现牛顿第二定律在该教材第16章构件动力学基础;第18章动静法中都有重要的应用。例如:第18章动静法中, 惯性力的概念是这样讲的:质点由于惯性必然给施力物体以反作用力, 该反作用力即为质点的惯性力。质点惯性力的大小等于质点的质量与其加速度的乘积 (其表达式与牛顿第二定律相同) , 方向与加速度的方向相反。作用于质点上的主动力、约束反力及惯性力, 在形式上构成一平衡力系。此即为达朗伯原理。
可见, 牛顿第二定律在经典力学中占有十分重要的地位和作用。学好它, 对于后续课程的学习将起到很好的帮助作用。
摘要：本文从著名的牛顿第二定律入手, 紧扣中专信高职物理教材的体系, 理论上阐明了牛顿第二定律是贯穿整个力学的主线, 是整个力学的灵魂, 力学中几个重要的定理都可以从牛顿第二定律引伸出来, 强调了牛顿第二定律在力学中的地位。
关键词：牛顿第二定律,动能定理,达朗伯原理
参考文献
[1] 林理忠, 李跃红.物理 (上) [M].北京:中央广播电视大学出版社, 2002.
[2] 物理编写组.物理第一册[M].苏州:苏州大学出版社, 2001.
[3] 姚琴芬.物理练习册[C].江苏:江苏广播电视大学出版社, 2002.
[4] 人民教育出版社职业教育中心编.物理[M].北京:人民教育出版社, 2002.
牛顿三定律范文第2篇
一、牛顿第一定律
牛顿第一定律又被人们称为惯性定律, 其主要内容是:任何物体都要保持匀速直线运动或是静止的状态, 除非遇到外力改变它的运动状态。牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因[1]。关于牛顿第一定律, 在学习的过程中, 根据老师的讲解, 我明白了需要从三个角度进行理解。
1) 任何物体匀速直线运动或是静止状态都是相对的, 它们会随着参考系的不同而发生改变。例如一辆在公路上进行匀速直线运动的小车对于公路旁边的小树而言是运动的, 但是对于与小车保持着同一速度进行匀速直线运动的另一辆小车而言是静止的。所以, 物体的运动状态都是相对的。通过老师的举例, 我明白了牛顿第一定律只能用在惯性参考系中。
2) 任何物体都有保持着原有的运动状态不变的性质, 这种性质就是惯性。在课堂上, 老师给我们举例, 例如平时骑自行车的时候, 当手握刹车时, 自行车并不会立马停下来, 而是会往前滑行一段距离。而滑行这一段距离的原因就是因为之前自行车有一个速度。通过生活中的常见现象, 使我更好的理解惯性。
3) 力可以改变物体的运动状态。这一点相对比较容易理解, 在生活中的现象也比较普遍。例如在骑自行车上学的路上, 因为红灯等在路口, 这时候的运动状态是静止。当红灯转绿时, 需要用力踩住自行车, 才能使自行车改变原来的状态动起来。由此可知, 要想改变物体的运动状态, 需要力的作用。
二、牛顿第二定律
牛顿第二定律简称为牛二律, 其主要内容是:物体的加速度的大小与作用力的大小成正比, 与物体质量的大小成反比, 且加速度的方向为作用力的方向[2]。公式表述为F=ma, 其中a为加速度, m为质量。对于牛二律的学习, 在老师的指导下, 应从以下几个方面进行理解。
1) 加速度的产生原因是在有质量的物体上受到了力的作用, 所以, 加速度与力的存在具有一致性, 即, 有力就会存在加速度, 当力消失的瞬间, 加速度也不再存在。
2) F所代表的力是合力, 即作用在一个物体上的各个力进行相互抵消与叠加的结果。各个分力作用在物体上产生的分加速度进行运算后与合力产生的加速度是一致的。
3) 加速度是矢量, 所谓矢量就是不仅有大小还有方向的物理量。加速度的方向就是所受力的方向, 在学习的过程中需要注意的是有时加速度的方向与速度的方向并不一致。
4) 在学习牛二律的时候, 利用打点计时器进行了实验, 由此验证牛顿第二定律的正确性。在实验中, 要根据砝码重量的不同以及所打点的间隔不同分别进行F与m、F与a的关系验证。
三、牛顿第三定律
牛顿第三定律的具体内容是指相互作用的两个力总是大小相等方向相反[3]。公式表示为F=F'。在学习关于牛顿第三定律的时候, 难点是要区别一对平衡力与作用力和反作用力。一对平衡力与作用力和反作用力可以从以下几个方面来进行区分。
1) 从受力物体的角度, 平衡力指的是作用在一个物体上的两个力, 作用力指的是作用在两个物体上的两个力。
2) 从力的性质而言, 一对平衡力他们的性质不一定相同, 但是作用力与反作用力一定相同, 且当平衡力中的一个力消失时, 另一个力不一定会消失, 但是在作用力与反作用力当中, 一个消失, 另一个力必然会消失。
一对平衡力与作用力与反作用力之所以容易混淆是由于一些相似之处, 例如二者力的大小都相同, 方向均相反。只要将这些要点都搞清楚, 在以后的学习中就不会混淆了。
四、牛顿三大定律在实际生活中的应用
学习牛顿三大定律可以帮助我们解决一些生活中的问题, 同时也能够增强我们理性思维的能力。以下以一简单例题说明三大定律的应用。
例:一个质量为的小木块以一个5m/s的速度滑上质量为1.6kg的静止小车上, 其中动摩擦因数为0.2, 求木块在小车上滑行的时间 (小车足够长) 。
分析:由牛顿第三定律可知, 由木块和小车之间的摩擦产生的作用力与反作用力是使木块与小车最终保持相对静止的动力, 由牛顿第二定律可知, 小车由于摩擦力产生了加速度使得小车运动起来, 最终和木块相对静止。
五、结语
通过学习牛顿三大定律, 使我对于事物运动的规律有了一定的认识, 更加能够利用科学知识解释生活中的现象。
摘要：在高中物理的学习过程中, 牛顿三大定律作为力学的主要研究对象, 在整个高中的学习过程中都有非常重要的地位。在学习物理尤其是牛顿三大定律的时候, 应该掌握一定的方法与技巧。这样才能更好的理解力学、理解物理。
关键词：高中物理,牛顿三大定律,学习
参考文献
[1] 郑丹.高中物理牛顿运动定律教学研究[D].华中师范大学, 2010.
[2] 吕付丽.高中物理牛顿运动定律中“前概念”的实践研究[D].内蒙古师范大学, 2010.