1.牛頓第一定律；2.實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；3.牛頓第二定律；4.力學單位制；5.牛頓運動定律的引用；6.超重和失重。

1.牛頓第一定律

（1）理想實驗的魅力

【歷史回顧】

【伽利略的斜面實驗】

如下圖所示，讓一個小球沿斜面從靜止狀態(tài)開始運動，小球?qū)ⅰ皼_”上另一個斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⒌竭_原來的高度(圖1甲)。減小第二個斜面的傾角，小球運動的距離更長，但所達到的高度相同(圖1乙)。當?shù)诙€斜面最終變?yōu)樗矫鏁r，小球?qū)⒂肋h運動下去(圖1丙)。

理想實驗是一種思維活動，雖然它是抽象思維中設(shè)想出來的，在實驗室無法驗證，但它建立在可靠的事實基礎(chǔ)上，以物理事實為依據(jù)，經(jīng)過科學抽象和邏輯推理，從而深刻揭示了物理現(xiàn)象的本質(zhì)，理想斜面實驗反映了一種重要的物理思想。

理想實驗的意義：伽利略理想實驗是以可靠的實驗事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律．伽利略的研究方法的核心是把實驗和邏輯推理相結(jié)合。

（2）牛頓第一定律(Newton‘s first law)

牛頓第一定律的內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。(注意：牛頓第一定律是由理想實驗加以科學推理得到的，不是實驗定律，無法用實驗直接驗證。)

慣性(inertia)：物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性。牛頓第一定律也被叫作慣性定律。慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性。

牛頓第一定律 定性揭示了力和運動的關(guān)系：①力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因。②物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。

（3）慣性與質(zhì)量

物體慣性大小僅與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，慣性大小與物體是否運動、運動快慢以及是否受力等因素均無關(guān)。

【慣性的表現(xiàn)形式】

①在不受力的條件下，慣性表現(xiàn)出維持其原來運動狀態(tài)的“能力”，有“惰性”的意思。

②在受力的條件下，慣性的大小表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變的難易程度．質(zhì)量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難改變。

慣性參考系：如果在一個參考系中，一個不受力的物體會保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，這樣的參考系叫作慣性參考系，簡稱慣性系。

非慣性系：以加速運動的紙為參考系，牛頓第一定律并不成立，這樣的參考系叫作非慣性系。

2.實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

（1）實驗思路：控制變量法。

控制變量法是指在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規(guī)律的獨立因素加以人為控制，使其中只有一個因素按照特定的要求發(fā)生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。

【探究加速度與力的關(guān)系】

保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力，測得不同拉力下小車運動的加速度，分析加速度與拉力的定量關(guān)系。

【探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系】

保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量，測得不同質(zhì)量的小車對應的加速度，分析加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系。

（2）物理量的測量

【質(zhì)量的測量】

用天平測量．在小車中增減砝碼的數(shù)量可改變小車的質(zhì)量。

【加速度的測量】

方法1：讓小車做初速度為0的勻加速直線運動，用刻度尺測量小車移動的位移x，用秒表測量發(fā)生這段位移所用的時間t，然后由計算出加速度a。

方法2：由紙帶根據(jù)公式，結(jié)合逐差法計算出小車的加速度。

方法3：不直接測量加速度，求加速度之比，例如：讓兩個做初速度為0的勻加速直線運動的物體的運動時間t相等，測出各自的位移、，則，把加速度的測量轉(zhuǎn)換成位移的測量。

【力的測量】

①在阻力得到補償?shù)那闆r下，小車受到的拉力等于小車所受的合力。

②在槽碼的質(zhì)量比小車的質(zhì)量小得多時，可認為小車所受的拉力近似等于槽碼所受的重力。

③使用力傳感器可以直接測量拉力的大小，不需要使槽碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。

（3）進行實驗

【實驗器材】

小車、砝碼、槽碼、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。

【實驗步驟】

①用天平測出小車的質(zhì)量m，并把數(shù)值記錄下來。

②按下圖所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系細線)。

③在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復移動墊木位置，啟動打點計時器，直到輕推小車使小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)，此時小車重力沿斜面方向的分力等于打點計時器對小車的阻力和長木板的摩擦阻力及其他阻力之和。(補償阻力)

④把細線繞過定滑輪系在小車上，另一端掛上槽碼。保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼的個數(shù)，以改變小車所受的拉力．處理紙帶，測出加速度，將結(jié)果填入表2中。

⑤保持槽碼個數(shù)不變，即保持小車所受的拉力不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，求出相應的加速度，把數(shù)據(jù)記錄在表3中。

（4）數(shù)據(jù)分析

【分析加速度a與力的F定量關(guān)系】

由表2中記錄的數(shù)據(jù)，以加速度a為縱坐標，力F為橫坐標，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，然后作出a-F圖像，如下圖所示，若圖像是一條過原點的直線，就能說明a與F成正比。

【分析加速度a與質(zhì)量的m定量關(guān)系】

由表3中記錄的數(shù)據(jù)，以a為縱坐標，以為橫坐標，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，然后作出圖像，如圖4所示。若圖像是一條過原點的直線，說明a與成正比，即a與m成反比。

【實驗結(jié)論】

①保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a與所受拉力成F正比。

②保持拉力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量m成反比。

（5）實驗注意事項

①打點前小車應靠近打點計時器且應先啟動打點計時器后放開小車。

②在補償阻力時，不要懸掛槽碼，但小車應連著紙帶且啟動打點計時器。用手輕輕地給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。

③改變槽碼的質(zhì)量的過程中，要始終保證槽碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。

④作圖時應使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的點也要盡可能地均勻分布在直線的兩側(cè)，個別偏離較遠的點應舍去。

【減小實驗誤差的幾種途徑】

①用氣墊導軌替代長木板。②利用光電門測加速度。

③利用位移傳感器測位移。④利用拉力傳感器或彈簧測力計測量力。

3.牛頓第二定律(Newton’s second law)

牛頓第二定律：物體加速度大小跟它受到的作用力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度方向跟作用力的方向相同。

加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系可以表述為：，即。寫成等式就是：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

公式(1)中k是比例系數(shù)，沒有單位。k的數(shù)值取決于F、m、a的單位的選取。在物理學中把使質(zhì)量為1kg的物體獲得1m/s^{2}加速度的力叫作“一個單位”的力，此時對應著k=1，即。

力的單位：千克每二次方秒，為紀念牛頓，又將力的單位稱為“牛頓”，用符號N表示。

因此牛頓第二定律可以表述為：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

公式(2)中F是物體所受的合力，m為物體的質(zhì)量(標量，沒有方向)，因此加速度的方向與合力方向一致。

【牛頓第二定律的六個特點】

【與比較】

是加速度的定義式，加速度不與成正比，也不與成反比；

是加速度的決定式，加速度與物體受到的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。

4.力學單位制

基本量：在物理學中，選定幾個物理量的單位，就能利用物理量之間的關(guān)系推導出其它物理單位，這些被選定的物理量的基本量。這些量對應的單位就是基本單位。

導出量：由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導出來的其他物理量。導出量對應的單位就是導出單位。

單位制(system of units)：基本單位和導出單位一起組成了一個單位制。

國際單位制：1960年第11屆國際計量大會制訂的一種國際通用的、包括一切計量領(lǐng)域的單位制；簡稱SI(全稱：Le Système International d′Unités，法語)。

在國際單位制中一個由七個基本量：長度、質(zhì)量、時間、電流、熱力學溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強度。如下表

在力學范圍內(nèi)，國際單位制中的基本量為：長度、質(zhì)量和時間；對應的基本為依次為：米(m)、千克(kg)、秒(s)。因此對于力學中的單位制可以整理成下圖。

【單位制的意義】

物理量是為了描述物理現(xiàn)象或規(guī)律而引入的，為了比較物理量的大小，或?qū)Α傲俊边M行測量而建立了單位。單位是物理量的組成部分，對于物理量，如果有單位一定要在數(shù)字后帶上單位；同一個物理量，選用不同單位時其數(shù)值不同。統(tǒng)一單位便于相互交流，同一人們的認識。

5.牛頓運動定律的應用

（1）牛頓運動定律的內(nèi)容

牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

牛頓第二定律：物體加速度大小跟它受到的作用力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度方向跟作用力的方向相同。

牛頓第三定律：兩個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）動力學兩類基本問題

【由受力情況確定物體的運動情況】

牛頓第二定律確定了運動和力的關(guān)系(F=ma)，使我們能夠把物體的運動情況和受力情況聯(lián)系起來。（加速度是聯(lián)系受力情況和運動情況的“橋梁”。）

①確定研究對象，并根據(jù)研究對象確定正方向。②對研究對象進行受力分析并畫出受力分析圖。

③在受力圖上以受力中心為原點，以盡可能多的力落在坐標軸上為原則建立直角坐標系。分別求出x、y軸方向的合力，運用牛頓第二定律根據(jù)合力大小求出加速度大小。

④與題中所給的條件相結(jié)合，選擇恰當?shù)倪\動學公式，求出所需的物理量。

【由運動情況確定物體的受力情況】

①確定研究對象，并根據(jù)研究對象確定正方向。②對研究對象進行受力分析并畫出受力分析圖。

③選擇合適的運動學公式，求出物體的加速度。④根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力。

⑤根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力求出所需的力。

兩種情況可以總結(jié)為下圖。

（3）動力學中的圖像問題

動力學中常見的圖像：v-t圖像、a-t圖像、F-t圖像和F-a圖像。

常見的兩種情況：已知運動圖像或者受力圖像，分析有關(guān)受力或運動問題；已知物體的受力或運動情況，判斷有關(guān)運動圖像或受力圖像問題。

【解角圖像問題的基本步驟】

①看清坐標所代表的物理量，明確因變量(縱軸)和自變量(橫軸)的制約關(guān)系。

②通過圖線觀察兩個相關(guān)量的變化趨勢，進而分析具體的物理過程。

③觀察兩個變量的變化范圍及給定的相關(guān)條件，明確圖線與坐標軸交點、圖線斜率、圖線與坐標軸圍成的“面積”的物理意義。

④弄清“圖像與公式”、“圖像與圖像”、“圖像與物體”之間的聯(lián)系，結(jié)合題目給的條件對物理問題作出準確判斷，根據(jù)牛頓運動定律及運動學公式建立相關(guān)方程解題。

（4）動力學中的臨界問題

臨界問題：在動力學問題中出現(xiàn)某種物理現(xiàn)象(或狀態(tài))剛好要發(fā)生或剛好不發(fā)生的狀態(tài)。一般涉及臨界問題都隱含著相應的臨界條件。

臨界問題中經(jīng)常遇到的關(guān)鍵詞："最大"、"最小"、"剛好"、"恰能”等。

【常見的臨界問題及臨界條件】

①彈力發(fā)生在兩物體的接觸面之間，是一種被動力，其大小由物體所處的運動狀態(tài)決定。相互接觸的兩個物體將要脫離的臨界條件是彈力為零。

②摩擦力是被動力，由物體間的相對運動趨勢決定。靜摩擦力為0是運動趨勢方向發(fā)生變化的臨界狀態(tài)。靜摩擦力最大是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)。

【求解臨界問題的三種常用方法】

①極限法：把物理問題(或過程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來，以達到正確解決問題的目的。

②假設(shè)法：臨界問題存在多種可能，特別是非此即彼兩種可能時，或變化過程中可能出現(xiàn)臨界條件，也可能不出現(xiàn)臨界條件時，往往用假設(shè)法解決問題。

③數(shù)學方法：將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學公式，根據(jù)數(shù)學表達式解出臨界條件。

（5）動力學中的連接體問題

連接體：多個相互關(guān)聯(lián)的物體疊放、并排或由繩子、細桿、彈簧等連接在一起構(gòu)成的物體系統(tǒng)稱為連接體。

內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力。外力：系統(tǒng)之外的物體對系統(tǒng)的作用力。

【解決連接體問題常用的兩種方法】

①整體法：把加速度相同的物體看作一個整體來研究的方法，此時不用分析內(nèi)力。

②隔離法：求系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用時，把一個物體隔離出來單獨研究的方法。

【整體法和隔離法的選擇原則】

①求加速度相同的連接體的加速度或合外力時，優(yōu)先考慮“整體法”；

②如果連接體中各部分的加速度不同，一般選用“隔離法”；求物體間的作用力時，再用“隔離法”；

③若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度，求物體之間的作用力時，需要將整體法和隔離法有機地結(jié)合起來運用，一般是“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”。

（6）動力學中的傳送帶問題

傳送帶問題可以分為兩大類：水平傳送帶、傾斜傳送帶。

初始情況說明：傳送帶以速度v勻速運行，為物體進入傳送帶的初速度。

【水平傳送帶情況】

①

滑塊運動情況： 可能一直加速；可能先加速后勻速。

②且與且同向

滑塊運動情況：時，可能一直減速，也可能先減速再勻速；時，可能一直加速，也可能先加速再勻速。

③且與且反向

滑塊運動情況：傳送帶較短時，滑塊一直減速到達左端；傳送帶較長時，滑塊先向左運動，減速到零后再向右運動，再回到右端。

【傾斜傳送帶】

①傾斜向上傳送

滑塊運動情況：可能一直加速；可能先加速后勻速。

②傾斜向下傳送

滑塊運動情況：可能一直加速；可能先加速后勻速()；(3)可能先以加速后再以加速()。

傾斜傳送帶向下傳送物體，當物體加速運動到與傳送帶速度相等時：

①若，物體隨傳送帶一起勻速運動；

②若，物體不能與傳送帶相對靜止，物體將以較小的加速度繼續(xù)加速運動。

【注意】

①摩擦力的突變和物體運動狀態(tài)的變化。摩擦力的突變，常常導致物體的受力情況和運動性質(zhì)的突變。

②靜摩擦力達到最大值，是物體和傳送帶恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)。

③物體與傳送帶的速度達到相同時，滑動摩擦力要發(fā)生突變(滑動摩擦力變?yōu)?或變?yōu)殪o摩擦力)。

6.超重和失重

視重：指物體對彈簧測力計的拉力或?qū)ε_秤的壓力，它與物體的運動狀態(tài)有關(guān)。

實重：指物體實際的重力，它不因物體的運動狀態(tài)而改變。

超重(overweight)現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象。（視重大于實重，有向上的加速度）

失重(weightlessness)現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象。（視重小于實重，有向下的加速度）

完全失重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕臓顟B(tài)。(有向下的加速度且a=g)

本章思維導圖