高中物理 · 牛顿运动定律：力是改变运动的原因

牛

牛顿运动定律：力是改变运动的原因

Newton's Laws · $F=ma$

上一章认识了力；这一章把力和运动正式挂钩。第一定律说惯性，第二定律 $F=ma$ 定量桥梁，第三定律说作用力反作用力。整个经典力学的基石。

①

第一定律

惯性：不受力保持原状

②

第二定律

$F_\text{合}=ma$

③

第三定律

作用力=反作用力

④

超重失重

视重 $>/$< 实重

开场场景：公交车急刹车，人往前倾——脚随车停了，身体因为惯性还想保持原来的速度。牛顿三定律就是解释这一切的语言。

卡必背公式 / 记忆口诀

第一定律：不受（合）外力时，物体保持匀速直线运动或静止（惯性）

第二定律：$F_\text{合}=ma$（合力方向就是加速度方向）

第三定律：作用力与反作用力等大、反向、同线、作用在两个物体上

超重：加速度向上，视重 $N=m(g+a)$；失重：加速度向下，$N=m(g-a)$

口诀：口诀：力不是维持运动的原因，是改变运动（产生加速度）的原因

义是什么

第一定律（惯性）：物体不受合外力时，原来静止就一直静止，原来运动就一直匀速直线运动。力不是维持运动的原因。惯性是物体保持原有运动状态的性质，质量是惯性大小的唯一量度。

第二定律：$F_\text{合}=ma$。合力产生加速度，加速度方向与合力方向相同。$1\ \text{N}=1\ \text{kg·m/s}^2$。

第三定律：你推墙，墙也用同样大的力推你。两个力作用在不同物体上，不能抵消。

路怎么想到的

解题三步：①选研究对象画受力图；②正交分解求合力；③列 $F_\text{合}=ma$。瞬时性：$F$ 变 $a$ 立刻变，速度不能突变。

超重失重：电梯加速上升→支持力 $N>mg$（超重）；加速下降（或减速上升）→$N

例题：三道计算

例1：2 kg 物体受合力 10 N，加速度？

$a=F/m$。

$a=10/2=\mathbf{5\ m/s^2}$。

例2：5 kg 物体在 $\mu=0.2$ 水平面上受 20 N 水平拉力，$a$？($g=10$)

先求摩擦力再求合力。

$f=\mu mg=0.2\times50=10$ N；$F_\text{合}=20-10=10$ N；$a=10/5=\mathbf{2\ m/s^2}$。

例3：电梯里 60 kg 的人随电梯以 $2\ m/s^2$ 加速上升，体重计示数？

超重，$N-mg=ma$。

$N=m(g+a)=60\times12=\mathbf{720\ N}$（示数比实重 600 N 大）。

用途与案例

生活：安全带

急刹车时安全带给人向后的力，把人拉住，避免因惯性前冲。

航天：火箭发射

火箭向下喷燃气，燃气给火箭向上的反作用力（第三定律）；发射初期加速度大，宇航员超重。

展往哪儿长

初中：牛顿第一定律、二力平衡。高中：$F=ma$ 综合受力分析、连接体、传送带、板块模型。大学：拉格朗日/哈密顿力学是它的高级形式；相对论下高速失效。

防坑警示

作用力反作用力≠平衡力：前者作用在两个物体上，后者作用在同一物体上。惯性不是力，不能说’受到惯性作用’。超重失重看加速度方向，不看速度方向。