物理必修一第四章：牛顿运动定律

物理必修一第四章：牛顿运动定律的思维导图，物理必修一的内容非常的多，通过思维导图可以很好的帮助我们学习物理知识，赶紧试一试

第四章-牛顿运动定律

• 实验：探究加速度与力、质量的关系
  • 目的
    • 探究加速度与力、质量的关系
    • 利用控制变量法探究物理规律
    • 利用图像来处理实验数据
  • 原理
    • 利用控制变量法，控制物体的质量m不变，测出物体在不同力F作用下的加速度a，分析a与F的关系；控制物体的所受的力F不变，改变物体的质量m，测出相应的加速度a，分析a与m的关系
  • 测量
    • 质量m：可以由托盘天平测出
    • 合力F：重物的重力
    • 加速度a：通过打点计时器纸带上的点计算得出
  • 实验装置
    • 
    • 有一端附有定滑轮的长木板、小车、带小钩的细绳、托盘、电磁打点计时器、纸带及复写纸片、刻度尺、低压交流电源、导线、砝码、天平（带有一套砝码）
  • 步骤
    • 1.用天平测出小车和托盘的质量，并记录数值
    • 2.按上图所示连接好实验装置（小车左端不要系绳）
    • 3.平衡摩擦力
      • 把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，使小车在不挂托盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动
      • 表现：打点计时器在纸带上打出的相邻点之间的距离相等
    • 4.开始实验
      • 把小车停放在靠近打点计时器，按住小车，挂上托盘和砝码，先接通电源，然后释放小车，让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑
      • 根据纸带上打出的点计算小车下滑的加速度，并记录托盘和砝码的重力和对应的加速度
    • 5.更改变量
      • 保持小车的质量不变，改变托盘内砝码的个数
      • 保持托盘内的砝码个数不变，在小车上放入砝码改变小车的质量
    • 6.画图
      • 用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，做出平面坐标系，描绘出相应的点
      • 若这些点在一条直线上，便证明了加速度与力成正比关系
    • 7.得出结论
      • 物体的加速度与物体所受合外力成正比，与物体的质量成反比
  • 注意事项
    • 平衡摩擦力
      • 如果平衡摩擦力不够或过度，则做出的a-F图像或a-1/m图像不会过原点
      • Ⅰ表示还没有加力F车就有加速度了，说明平衡摩擦力过度
      • Ⅱ表示有加力F车还没有加速度，说明平衡摩擦力不够
    • 平衡摩擦力后，每次改变小车的质量、托盘中砝码的个数，都不需要重新平衡摩擦力
    • 实验中，一定要保证小车与车上所加砝码的总质量远大于托盘和砝码的总质量，因为只有这样才可以认为托盘和砝码的总重力是小车受到的拉力
    • 每次做实验，都是先通电源，在释放小车
• 牛顿第一定律
  • 内容
    • 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止
  • 说明了一切物体都有惯性，惯性是物体的固有性质，质量是物体惯性大小的量度（惯性与物体的速度大小、受力大小、运动状态无关）
  • 独立性
    • 任何物体都具有惯性
    • 力是物体对物体的作用，力使物体的运动状态发生变化
  • 揭示了力与运动的关系
    • 力是改变物体运动状态（产生加速度）的原因，而不是维持运动的原因
  • 它是通过理想实验得出的，它不能由实际的实验来验证
  • 适用范围
    • 只适用于惯性参考系
    • 在质点不受外力作用时，能够判断出质点静止或作匀速直线运动的参考系一定是惯性参考系
• 牛顿第二定律
  • 内容
    • 物体的加速度a跟物体所受的合外力F成正比，跟物体的质量m成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同
  • 公式
    • F=ma
  • 特点
    • 瞬时性
      • 加速度和力同时产生、同时变化、同时消失
    • 矢量性
      • 加速度和合力的方向始终保持一致
    • 同体性
      • 合外力、质量和加速度是针对同一物体
    • 独立性
      • 在一个外力作用下产生的加速度只与此外力有关，与其他力无关
      • 合加速度和合外力有关
    • 因果性
      • 力是产生加速度的原因，加速度是力的作用效果
      • 力是改变物体运动状态的原因
    • 等值不等质性
      • F=ma，但ma不是力，而是反映物体状态变化情况的
      • m=F/a，但F/a度量物体质量大小的方法，m与F和无关
  • 适用范围
    • 只适用于质点
    • 只适用于惯性参考系
    • 只适用于宏观问题
    • 只适用于低速问题
• 力学单位制
  • 物理公式功能
    • 物理学的关系式在确定了物理量之间的数量关系的同时，也确定了物理量单位间的关系
  • 基本量
    • 被选定的能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的一些量
  • 基本单位
    • 基本量的单位
  • 导出单位
    • 由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位
  • 国际单位制
    • 一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制
      • 长度l，单位米m
      • 质量m，单位千克kg
      • 时间t，单位秒s
      • 电流I，单位安培A
  • 力学中三个基本物理量及单位
    • 三个基本物理量
      • 长度、质量和时间
    • 三个基本单位
      • 米、千克和秒
  • 单位制的意义
    • 单位是物理量的组成部分，对于物理量，如果有单位一定要在数字后带上单位，同一个物理量，选用不同单位时其数值不同
    • 统一单位，便于人们的相互交流，统一人们的认识
  • 组成单位制
• 牛顿第三定律
  • 内容
    • 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上
  • 特点
    • 成对存在
      • 研究的对象至少是两个物体，多于两个以上的物体之间的相互作用，总可以区分成若干两两相
        • 互作用的物体对
    • 相对且彼此依存
      • 作用力和反作用力是相互的，互相依赖相为依存
      • 力具有物质性，不能脱离开物体（物质）而存在
    • 同时性
      • 作用力和反作用力的同时性，它们是同时产生、同时消失、同时变化
    • 同性质
      • 作用力和反作用力必须是同一性质的力
    • 不可叠加性
      • 作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可求它们的合力，两力的作用效果不能相互抵消
  • 适用范围
    • 只适用于惯性系中实物物体之间的相互作用
• 用牛顿运动定律解决问题（一）
  • 运用牛顿第二定律解题的基本思路
    • 1.确定研究对象
    • 2.采用隔离体法，正确受力分析
    • 3.建立坐标系，正确分解力
    • 4.根据牛顿第二定律列出方程
    • 5.统一单位
  • 连接体问题
    • 选取最佳的研究对象
      • 可采取“先整体，后隔离”或“分别隔离”等方法
      • 一般当各部分加速度大小、方向相同时，可当作整体研究
      • 当各部分的加速度大小、方向不相同时，要分别隔离研究
    • 选取的研究对象进行受力分析，依据牛顿第二定律列出方程式
  • 临界问题
    • 详细分析物理过程，根据条件变化或随着过程进行引起的受力情况和运动状态变化，找到临界状态和临界条件
    • 在某些物理过程比较复杂的情况下，用极限分析的方法可以尽快找到临界状态和临界条件
• 用牛顿运动定律解决问题（二）
  • 动力学的两类基本问题
    • 已知物体的受力情况，确定物体的运动情况
      • 根据受力情况，利用牛顿第二定律求出物体的加速度
      • 选择恰当的运动学公式求解相关的速度、位移等
    • 已知物体的运动情况，推断或求出物体所受的未知力
      • 根据运动情况，利用运动学公式求出物体的加速度
      • 根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力，从而求出未知力
  • 超重和失重
    • 在平衡状态时，物体对水平支持物的压力大小等于物体的重力
    • 当物体在竖直方向上有加速度时
      • 加速度方向向上
        • 物体对支持物的压力大于物体的重力，这种现象叫超重现象
      • 加速度方向向下
        • 物体对支持物的压力小于物体的重力，这种现象叫失重现象
    • 注意点
      • 当物体处于超重和失重状态时，物体的重力并没有变化
      • 物体是否处于超重状态或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，即不取决于速度方向，而是取决于加速度方向
      • 当物体处于完全失重状态（a=g）时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失