牛顿运动定律

在这里，我们把牛顿三大运动定律的内容做系统的介绍。牛顿三大定律是物理学的基础，是动力学的基本框架，也是电磁学的根基。

牛顿第一定律内容

牛顿第一定律帮助人类正确认识了力的效果，将长期以来人类对力的初级认识“力维持物体的运动”彻底推翻。

内容：一切物体在没有受到力的作用时（合外力为零时），总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。

理解：（1）运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持。

（2）定律说明了任何物体都有惯性。

（3）不受力的物体是不存在的。牛顿第一定律不能用实验直接验证。但是建立在大量实验现象的基础之上，通过思维的逻辑推理而发现的。它告诉了人们研究物理问题的另一种新方法:通过观察大量的实验现象，利用人的逻辑思维，从大量现象中寻找事物的规律。

（4）牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例，牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系，牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系。

牛顿第一定律也叫做惯性定律，惯性指的是物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。

（1）惯性是物体的固有属性，即一切物体都有惯性，与物体的受力情况及运动状态无关。因此说，人们只能"利用"惯性而不能"克服"惯性。

（2）质量是物体惯性大小的量度。

牛顿第一定律的探究过程

如图所示。如果曲面是绝对光滑的，那么从图1中A处落下的物体，应该会“冲击”到与A登高的B点。不管是当时人类的经验、意识积累，还是后来的机械能守恒，都能解释这一现象。

如果我们将曲面拉长，上述运动的本质不会发生变化。如图2所示，A处落下的物体，依然会“冲击”到与A登高的B点；显然，这种情况小球在水平面内的运动距离会变大。

如果我们继续把曲面拉长，当足够远时（接近无穷远处），上述运动的本质不会发生变化。如图3所示，A处落下的物体，依然会“冲击”到与A登高的B点；只不过B点太远了，小球就要运动很长、很长的一段时间。

我们应该知道，在这段时间内，小球是不会受到水平方向上力的作用的。也就是说，在没有水平外力（驱动力）的作用下，物体会运动，而且运动状态不会改变。

这说明：小球在运动过程中并不需要力。这是牛顿第一定律总结出来的基础。

牛顿第二定律内容

物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，表达式F合=ma；

（1）牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系，即知道了力，可根据牛顿第二定律，分析出物体的运动规律；反过来，知道了运动，可根据牛顿第二定律研究其受力情况，为设计运动，控制运动提供了理论基础。

（2）对牛顿第二定律的数学表达式F合=ma，F合是力，ma是力的作用效果，特别要注意不能把ma看作是力。

（3）牛顿第二定律揭示的是力的瞬间效果。即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系，力变加速度就变，力撤除加速度就为零，注意力的瞬间效果是加速度而不是速度。如果合外力恒定，显然a恒定，那么物体就会做匀变速直线运动。

（4）牛顿第二定律F合=ma，F合是矢量，ma也是矢量，且ma与F合的方向总是一致的。F合可以进行合成与分解，ma也可以进行合成与分解。

力的单位的由来

我们现在来看这个公式，觉得很简单；但是物理学家们得到这个公式，太不容易了。

为什么？因为当时连力的清晰的定义都没有，更别说力的单位了。

牛顿第二定律的描述中，并没有提到正比、反比中的比例系数。

不知道在看牛顿第二定律内容时，有几个同学注意到了，我们上面写的表达式没有写比例系数k，写的是a=F/m；即取的比例系数为最基本的自然数：1；严格来说，牛顿第二定律的表达式是：a=k*（F/m）；

当时的“力的大小”，只能用一升水的力（指的是一千克的重力）、两升水的力来定性地做描述。

在得到a=k*（F/m）公式后，物理学家们就人为取k=1，这样便从（F=k*ma=ma）中得到了力的单位：

力的单位：千克*米/二次方秒。

一牛顿的力，刚好能够让一千克的物体获得一米每秒的加速度。

前面提到的“一牛顿的力”，正是为了纪念牛顿，才将其名字作为力的单位的。力的单位简称牛，符号是N；

牛顿第三定律内容

牛顿第三定律的内容主要有：两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。即F1=－F2（N=N’）

（1）力的作用是相互的。同时出现，同时消失。

（2）相互作用力一定是相同性质的力。

（3）作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用不能相互抵消。

（4）作用力也可以叫做反作用力，只是选择的参照物（高中为参考系）不同。

（5）作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上，所以不能求合力。

作用力特征

（1）相互作用力是大小相等、方向相反、分别作用在两个物体上、且在同一直线上的力；两个力的性质是相同的；

（2）平衡力是作用在同一个物体上的两个力，大小相同、方向相反，并且作用在同一直线上。两个力的性质可以是不同的。平衡力的条件是在共点力的作用下物体所受的合力为0；

（3）相互平衡的两个力可以单独存在，但相互作用力同时产生，同时消失；

（4）相互作用力只涉及两个物体（施力物体同时也是受力物体），而平衡力要涉及三个物体（两个施力物体和一个受力物体）；

（5）相互作用力分别作用在两个物体上，而平衡力共同作用在一个物体上；

（6）相互作用力没有合力，平衡力合力为0；

（7）相互作用力具有各自的作用效果，平衡力具有共同的作用效果；

牛顿第三定律与动量守恒定律的应用范畴

（不在高考范围内）牛顿第三定律是研究质点系运动规律的基础，一般来说接触物体之间相互作用都遵从牛顿第三定律，对于相隔一定距离物体之间的相互作用就要看具体情况了。由第三定律可知，当两个物体不受外力作用而只有相互之间作用时，它们的总动量变化为零，既动量守恒。把这一结论推广到有多个物体组成的系统，就是更加普遍适用的动量守恒定律，它比牛顿第三定律适用范围更广，适用于从低速到高速，从宏观到微观各个物理领域和各种相互作用。对于相隔一定距离通过场以有限速度产生的物体之间的相互作用，例如引力相互作用和磁力相互作用，要考虑推迟效应。其中引力相互作用，由于客观物体的运动速度远小于光速，且实际观测并未发现推迟效应带来的影响，因此一般假定引力相互作用遵从牛顿第三定律。对于磁场相互作用，例如静止电荷之间的电场力作用，由于推迟效应可以忽略，牛顿第三定律仍可适用。而某些电磁相互作用如运动电荷之间的相互作用，牛顿第三定律不适应，而要代之以更普遍适用的动量守恒定律。

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