高中物理牛顿运动定律课件人教版必修

牛顿运动定律精品课件欢迎来到牛顿运动定律精品课件学习本课件是依据人教版高中物理必修课程精心设计，严格遵循教育部课程标准要求，专为高一学生物理教学打造通过本课程的学习，将帮助您全面理解牛顿力学体系的核心内容，掌握解决相关物理问题的思路和方法课程目标掌握牛顿三大定律的基本概念通过系统学习，深入理解牛顿三大定律的科学内涵，准确把握惯性、力、加速度等核心物理概念，建立完整的力学知识体系理解惯性、力、作用力与反作用力关系清晰认识物理量之间的内在联系，能够从本质上理解物体运动与力的关系，建立科学的力学观念能够解决与牛顿运动定律相关的物理问题掌握力学问题的分析方法和解题技巧，提高解决实际物理问题的能力，为后续物理学习奠定坚实基础培养物理思维和科学素养课程内容概览综合应用与典型例题牛顿第三定律（作用力与通过典型例题和综合应用，提高牛顿第二定律（加速度定律）反作用力定律）分析和解决实际物理问题的能牛顿第一定律（惯性定律）研究力、质量与加速度三者之间深入理解作用力与反作用力的关力，掌握物理建模与分析的方探讨惯性的本质及其在日常生活的定量关系，掌握的应系，分析力的相互作用本质，学法，为高考做好充分准备F=ma中的表现，理解物体保持运动状用，理解动量与冲量的概念，学会正确辨识作用力与反作用力态的内在机制，掌握惯性参考系会分析各种复杂力学系统对，避免常见的概念混淆的概念及其重要性牛顿其人生平概况科学成就历史地位艾萨克牛顿年年，英国年，牛顿发表《自然哲学的数学牛顿被誉为近代科学之父，他建立的经·1643-17271687著名物理学家、数学家，出生于英国伍原理》，奠定了经典力学的基础除力典力学体系统治了物理学多年，直200尔斯索普的一个农民家庭牛顿在剑桥学外，他在光学领域发现了白光由七色到世纪相对论和量子力学出现才有所20大学三一学院接受教育，后来成为剑桥光组成，在数学上与莱布尼茨分别独立修正他的科学方法论对后世产生了深大学卢卡斯教授他的一生致力于科学发明了微积分，同时在热力学、声学等远影响，被认为是科学革命中最重要的研究，为人类科学发展作出了卓越贡领域也有重要贡献人物之一献经典力学的历史发展亚里士多德时期公元前世纪，亚里士多德提出自然运动与强制运动理论，认为物体运动需4要持续的推动力，重物下落速度与重量成正比这一错误观点统治了西方科学近年2000伽利略时期世纪初，伽利略通过斜面实验和思想实验，反驳了亚里士多德的理论，发现17自由落体速度与质量无关，提出了惯性原理的雏形，为牛顿力学奠定了基础开普勒时期世纪初，约翰内斯开普勒基于第谷布拉赫的精确观测数据，提出了行星运17··动三定律，描述了行星围绕太阳运动的规律，为牛顿发现万有引力定律提供了重要依据牛顿时期年，牛顿出版《自然哲学的数学原理》，系统阐述了三大运动定律和万1687有引力定律，建立了完整的经典力学体系，为物理学和天文学的发展开创了新纪元第一章牛顿第一定律定律内涵惯性概念牛顿第一定律揭示了物体在无外力作用惯性是物体固有的保持原有运动状态的下保持运动状态的本质，是对伽利略惯性质，与物体的质量有直接关系，质量性原理的完善和发展，奠定了经典力学越大，惯性越大，是物体的本质属性的基础应用拓展参考系牛顿第一定律在日常生活中有广泛应惯性参考系是牛顿第一定律成立的条用，对宇宙探索、交通安全等领域有重件，理解惯性参考系对于正确应用牛顿要指导意义力学至关重要牛顿第一定律（惯性定律）定律表述核心概念一个物体，如果没有受到外力的惯性是第一定律的核心，它是物作用，将保持静止状态或匀速直体保持原有运动状态的性质静线运动状态这揭示了物体固有止是物体相对于选定参考系的一的保持运动状态的属性，表明力种特殊运动状态，物体在没有外不是维持运动的必要条件，而是力作用时会保持这种状态不变改变运动状态的原因历史渊源牛顿第一定律源于伽利略的思想实验伽利略通过想象一个理想的无摩擦斜面，推断物体在水平面上可以永远运动下去，这一思想突破了亚里士多德的错误观点，为牛顿建立第一定律奠定了基础惯性的概念定义与本质惯性与质量惯性的特性惯性是物体保持原有运惯性大小与物体质量成惯性是物体的固有属动状态的性质，它反映正比，质量越大，惯性性，不依赖于外界条了物体抵抗运动状态改越大质量作为物体惯件无论物体处于地球变的能力物体总是倾性大小的量度，反映了表面还是太空中，其惯向于保持其静止状态或物体中所含物质的多性大小保持不变这一匀速直线运动状态，这少，是物体的固有属特性使得惯性质量成为是物质的本质属性之性，不随环境变化而变描述物体的基本物理一化量惯性参考系惯性参考系的重要性是正确应用牛顿力学的前提地球作为惯性参考系在大多数情况下可近似处理匀速直线运动的参考系相对于惯性系也是惯性参考系非惯性参考系加速运动或转动的参考系惯性参考系是牛顿运动定律适用的基本前提，它是一个不受加速度影响的参考系在惯性参考系中，牛顿第一定律成立，即没有外力作用的物体保持静止或匀速直线运动地球虽然自转和公转，但在许多情况下，可以近似地将地球视为惯性参考系相对于惯性参考系做匀速直线运动的参考系也是惯性参考系，这一特性被称为伽利略相对性原理而加速运动或转动的参考系则是非惯性参考系，在非惯性系中分析物体运动时，需要引入惯性力惯性定律的日常表现交通工具中的惯性纸片抽取实验桌布抽取魔术当汽车急刹车时，乘客会有向前倾的趋将硬币放在纸片上，快速水平抽走纸片，魔术师能够在不移动餐具的情况下抽出桌势；当汽车突然启动时，乘客会感到向后硬币能保持原位下落这是因为水平方向布这是因为餐具具有惯性，在抽取桌布仰的趋势这是因为乘客的身体倾向于保的摩擦力作用时间很短，硬币在水平方向的短时间内，作用于餐具的摩擦力不足以持原来的运动状态，体现了惯性定律的作上的速度变化很小，体现了惯性特性显著改变餐具的静止状态用惯性实验演示小车硬币实验在小车上直立放置一枚硬币，当小车从静止开始运动时，硬币会向后倾倒；当运动的小车突然停止时，硬币会向前倾倒这直观展示了物体保持原有运动状态的惯性特性纸带物体实验在水平纸带上放置小物体，快速水平拉动纸带，小物体基本保持原位不动实验表明，在短时间的作用下，物体因惯性而倾向于保持静止状态水平抛射与自由落体同时释放两个小球，一个从桌边水平抛出，一个从同高度自由落下，两球同时着地这验证了在竖直方向上，两球具有相同的运动，体现了惯性原理惯性与超重和失重超重现象失重现象失重环境模拟当电梯加速上升或减速下降时，人会感当人处于自由落体状态或绕地球做匀速在宇航员训练中，通过特殊飞机做抛物到比平时重，这就是超重现象从力学圆周运动时，会感到没有重量，这就是线飞行，在飞行顶点附近可以产生短暂角度分析，此时地面对人的支持力大于失重现象从力学角度分析，此时人体的失重环境，用于宇航员适应太空环人的重力，作用在人身上的合力向上，内各部分都做相同的加速运动，不存在境这种失重飞机被俗称为呕吐彗星产生向上的加速度相对形变，因此不会感受到重力，因为失重感容易引起晕动症•电梯加速上升，人感到超重•自由落体，人感到完全失重•抛物线飞行短时间模拟失重NG N=0•电梯减速下降，人感到超重•绕地球轨道运动向心力由重力提供•水下训练利用浮力部分模拟失重NG惯性定律的重要性突破传统运动观念颠覆了亚里士多德持续两千年的错误理论确立力与运动的新关系力不是维持运动的原因，而是改变运动的原因奠定牛顿力学基础为第二定律和第三定律提供了概念前提建立惯性参考系概念为正确应用力学定律创造了条件牛顿第一定律的提出彻底打破了亚里士多德运动需要持续动力的错误观念，建立了力与运动关系的正确认识这一突破性进展标志着物理学从质性描述向量化分析的转变，是科学革命的重要组成部分第一定律为牛顿力学体系奠定了基础，作为整个理论大厦的基石，它确立了惯性参考系的概念，为正确应用力学定律提供了必要条件，也为后续物理学的发展指明了方向第一定律例题解析例题分析汽车急刹车时乘客运动状态1问题当汽车急刹车时，为什么乘客会有向前倾的趋势？分析汽车刹车前，乘客与汽车同速前进刹车时，汽车减速，而乘客由于惯性，仍然保持原来的运动状态，因此相对于汽车有向前的趋势结论这是惯性定律的直接体现，物体总是倾向于保持其原有的运动状态例题解释卫星绕地球运动与惯性的关系2问题为什么人造卫星能够长期绕地球运行？分析根据惯性定律，如果没有外力作用，卫星将沿切线方向做匀速直线运动离开地球但实际上卫星受到地球引力作用，这个引力提供了向心力，使卫星做圆周运动结论卫星绕地球运动是惯性和重力共同作用的结果例题计算滑块在光滑水平面上运动距离3问题一个质量为的滑块在光滑水平面上以的速度运动，若施加一个大小为2kg5m/s、方向与速度相反的力，作用时间为，求滑块停止前移动的总距离分析根据10N1s，；受力后，×；在这F=ma a=F/m=10N/2kg=5m/s²1s v=5m/s-5m/s²1s=0m/s内，位移₁×××；结论滑块总共移动后停1s s=5m/s1s-1/25m/s²1s²=

2.5m

2.5m止第二章牛顿第二定律定律表述数学表达牛顿第二定律定量描述了力、质量与加是第二定律的数学表达式，说明F=ma速度三者之间的关系，是经典力学的核加速度与合外力成正比，与质量成反心定律比物理意义应用范围揭示了力是改变物体运动状态的原因，适用于质点或刚体的平动，是解决大多是动力学的基本规律数力学问题的基础牛顿第二定律（加速度定律）定律表述数学表达式物体加速度的大小与所受合外力成正比，与物体质量成反比，第二定律的数学表达式为或，其中是物体受到F=ma a=F/m F加速度的方向与合外力的方向相同这一定律定量描述了力、的合外力，是物体的质量，是物体的加速度这个简洁的m a质量和加速度三者之间的关系，是经典力学的核心定律公式蕴含了深刻的物理意义，是动力学的基本方程物理单位矢量特性在国际单位制中，力的单位是牛顿，牛顿定义为使千克力和加速度都是矢量，具有大小和方向第二定律表明，加速N11质量的物体产生米秒加速度的力，即这一度的方向与合外力的方向相同，这一点在分析复杂力学问题时1/²1N=1kg·m/s²定义直接源于牛顿第二定律尤为重要力的概念力的定义力的特性力是物体间的相互作用，是改变力是矢量，具有大小和方向，遵物体运动状态的原因在物理学循矢量加法规则作用在同一物中，力是一个基本物理量，它既体上的多个力可以合成一个合能改变物体的速度（大小或方力，而一个力也可以分解为多个向），也能改变物体的形状力分力力的效果不仅与大小、方的作用总是相互的，体现了物质向有关，还与作用点和作用时间间相互作用的本质有关力的分类根据作用方式，力可分为接触力与非接触力接触力如弹力、摩擦力、支持力等，需要物体间直接接触；非接触力如重力、电磁力等，可以隔空作用常见的力还包括拉力、压力、张力等，它们在不同物理情境中发挥作用质量与重量质量的本质重量的特点质量与重量的关系质量是物体的固有属性，是物体惯性大重量是物体受到的重力，是一个力，其质量和重量之间存在明确的数量关系G小的度量，表示物体中所含物质的多单位是牛顿重量与物体所处位置有，其中是物体的重量，是物体N=mg Gm少质量的单位是千克，它不随物关，随着离地面高度的增加或纬度的变的质量，是当地的重力加速度这表明kg g体位置的改变而改变，无论在地球表面化而变化在太空失重环境中，物体的重量不仅与物体本身的质量有关，还与还是太空中，物体的质量都保持不变重量可以接近于零，但质量不变所处环境的重力场强度有关•惯性质量物体抵抗速度变化的能力•地球表面，•区别质量是物质量，重量是力的量G=mg g≈

9.8m/s²•引力质量物体受引力作用的大小•高空或其他星球重力加速度不同•联系同一地点，重量与质量成正比牛顿第二定律的实验验证实验装置准备主要器材包括低摩擦小车、计时器、力传感器、质量块、光电门等实验前需校准设备，确保小车在水平轨道上运动时摩擦力尽可能小，保证实验数据准确性小车加力实验在质量保持不变的情况下，通过悬挂不同重量的砝码产生不同的拉力使用计时器或传感器测量小车的加速度记录数据后，分析力与加速度的关系，验证加速度与合外力成正比变质量实验在拉力保持不变的情况下，改变小车的质量（可通过添加或减少质量块实现）测量不同质量下小车的加速度，分析质量与加速度的关系，验证加速度与质量成反比数据分析与结论通过绘制力加速度图像和质量倒数加速度图像，验证两者都为线性关系，从而证实牛顿第二定律的正确性计算误差并分析可能的误差来源，完善实验结论--的应用一自由落体F=ma自由落体现象理论分析地域差异自由落体是指物体仅在根据牛顿第二定律，物由于地球不是完美的球重力作用下的运动在体受到的重力，体，且自转产生离心G=mg理想情况下（忽略空气产生的加速度力，重力加速度在不同阻力），所有物体无论纬度和海拔高度有微小a=G/m=mg/m=g质量大小，在同一地点这表明自由落体加速度差异赤道处约为自由下落时都具有相同与物体质量无关，只与，极地处约

9.78m/s²的加速度，这就是重力当地重力加速度有关，为，随着高

9.83m/s²加速度在地球表面近似为度增加而减小g

9.8m/s²实验验证伽利略据说通过比萨斜塔实验，首次发现不同质量物体同时落地现代可通过电子计时装置精确测量重力加速度，如自由落体装置和阿特伍德机的应用二滑动摩擦F=ma摩擦力基本公式水平面上的运动斜面上的运动滑动摩擦力，其中是滑动摩擦系当物体在水平面上受到水平推力时，根物体在斜面上受到重力分力和摩f=μNμF mgsinθ数，是物体受到的支持力摩擦系数与据牛顿第二定律，物体的加速度擦力的作用根据牛顿第二N a=F-f=μmgcosθ接触表面材料有关，与接触面积和物体当定律，物体沿斜面下滑的加速度f/m=F-μmg/m=F/m-μg Ff质量无关摩擦力方向总是与物体相对时，物体开始加速运动a=mgsinθ-μmgcosθ/m=gsinθ-运动方向相反，阻碍物体运动当时，物体恰好保μcosθsinθ=μcosθ持静止的应用三连接体系统F=ma连接体系统的特点多个物体通过绳索或杆连接形成系统分析方法整体法将系统视为整体，总总F=m a分析方法隔离法分别分析每个物体，考虑内力作用关键点加速度与张力连接体通常有相同加速度但受力不同连接体系统是牛顿第二定律的重要应用场景对于通过绳子或杆连接的多个物体，可以采用整体法或隔离法进行分析整体法将所有物体视为一个整体，只考虑外力作用，应用总总求解系统加速度；隔离法则是分别对每个物体建立方程，考虑包括内力在内的所有力的作用F=m a在理想情况下（绳子无质量、不可伸长），通过同一绳子连接的物体具有相同的加速度大小，但受到的力可能不同张力是连接体系统中的重要内力，它沿绳子方向传递，在同一根理想绳子上，张力大小处处相等的应用四电梯问题F=ma电梯运动状态力学分析视重与真重的关系电梯静止或匀速运动，合力为零，人没有加速度视重真重N=G=电梯向上加速运动，，合力向上视重真重，人感到超重N-G=ma NG电梯向上减速运动，，合力向下视重真重，人感到失重G-N=ma NG电梯向下加速运动，，合力向下视重真重，人感到失重G-N=ma NG电梯向下减速运动，，合力向上视重真重，人感到超重N-G=ma NG电梯自由下落，合力为，视重，人感到完全失重N=0G a=g=0电梯问题是牛顿第二定律的经典应用人在电梯中受到重力和支持力的作用，支持力大小可以通过称重计G N测得，即为视重根据电梯运动状态的不同，人的视重与真重相比会出现超重或失重的情况，这是因为人随电梯一起加速或减速运动特别地，当电梯自由下落时，支持力，人处于完全失重状态这种情况类似于宇航员在轨道飞行时的失重N=0状态，虽然重力仍然存在，但由于参考系本身处于自由下落，人无法感受到重力的存在动量与冲量动量定义动量是描述物体运动状态的物理量，定义为质量与速度的乘积，表示为动量是矢量，p=mv方向与速度方向相同在物理学中，动量守恒是基本定律之一，在许多情况下比能量守恒更为基础冲量定义冲量是力在时间上的累积效果，定义为力与作用时间的乘积，表示为冲量也是矢量，I=Ft方向与力的方向相同冲量描述了力对物体运动状态改变的综合效果，既考虑力的大小，也考虑作用时间动量定理动量定理是牛顿第二定律的积分形式，表述为物体所受冲量等于物体动量的变化量，即₂₁这一定理将力的作用效果与物体运动状态的变化直接联系起来，广泛应I=Δp=mv-v用于碰撞、爆炸等问题图像法计算在图像上，冲量等于图像与时间轴围成的面积对于变力问题，这种方法特别有效实际F-t应用中，可以通过测量力时间曲线下的面积来确定冲量，进而计算物体运动状态的变化-变力与平均力第二定律例题解析一123水平拉力问题斜面问题连接体系统一个的物体在水平桌面上，摩擦系数一个的物块放在倾角°的斜面上，质量为和的两物体由轻绳连接，2kg5kg302kg3kg，若水平拉力，求物体的加摩擦系数，求物块的加速度通过定滑轮由水平力拉动，求加速度和μ=

0.2F=6Nμ=

0.3F速度张力例题解析物体受到水平拉力，重力×，支持力，摩擦力1F=6N G=mg=2kg

9.8m/s²=

19.6N N=G=

19.6N×根据牛顿第二定律，，得f=μN=

0.

219.6N=

3.92N F-f=ma a=F-f/m=6N-

3.92N/2kg=

1.04m/s²例题解析物块受到重力×，重力沿斜面分力₁×°，垂直于斜面分力2G=mg=5kg

9.8m/s²=49N G=Gsinθ=49N sin30=

24.5N₂×°，支持力₂，摩擦力×根据牛顿第二定律，₁G=Gcosθ=49N cos30=

42.4N N=G=

42.4N f=μN=

0.

342.4N=

12.7N G-，得₁f=ma a=G-f/m=

24.5N-

12.7N/5kg=

2.36m/s²例题解析采用隔离法，设加速度为，张力为对于物体，；对于物体，联立求解得，3a T3kg T=3a2kg F-T=2a a=F/5T=3F/5第二定律例题解析二变力作用分析运用动量定理计算变力引起的速度变化冲量计算利用图像法确定力随时间变化的冲量大小圆周运动受力分析向心力来源和大小与速度、半径的关系例题一个质量为的物体，受到一个变力作用，力随时间变化的关系为（单位，单位），初速度为，求秒后物体的速

40.5kg F=2t+3N ts2m/s3度解析根据动量定理，₂₁变力的冲量为₀×所以×₂mv-mv=∫Fdt∫2t+3dt=[t²+3t]³=3²+33=18N·s

0.5kg v-×，解得₂

0.5kg2m/s=18N·s v=38m/s例题一个质量为的小球以的速度水平射出，撞到墙壁后反弹，反弹速度为，求小球受到的冲量大小解析设初速度为正方5200g5m/s3m/s向，则₁，₂，动量变化为₂₁×，冲量v=5m/s v=-3m/sΔp=mv-v=

0.2kg-3m/s-5m/s=-

1.6kg·m/s I=|Δp|=

1.6N·s例题一个质量为的物体以的速度做半径为的圆周运动，求向心力大小解析向心力×62kg10m/s5m F=mv²/r=2kg10m/s²/5m=40N第三章牛顿第三定律牛顿第三定律是经典力学的重要组成部分，揭示了力的相互作用本质它指出，当两个物体相互作用时，它们之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在不同物体上这一定律在日常生活中有广泛的应用，从行走、游泳到火箭推进，都体现了作用力与反作用力的原理理解第三定律的关键在于认识到作用力与反作用力始终是一对力，它们作用在不同的物体上，因此不能相互抵消正是这种相互作用产生了运动，推动了物理世界的变化本章将深入探讨第三定律的内涵、实验验证及其在解决实际问题中的应用牛顿第三定律（作用力与反作用力定律）定律表述数学表达两个物体之间的作用力和反作用若物体对物体施加力，A BFAB力大小相等、方向相反、作用在则物体同时对物体施加力B A不同物体上，并且位于同一直线，且这里的FBA FAB=-FBA上这一定律揭示了力的本质是负号表示方向相反，力的大小完物体间的相互作用，任何单独的全相等这一简洁的数学表达包力都不存在，力总是成对出现含了深刻的物理内涵的物理本质第三定律反映了力的相互作用性，表明物体之间的相互作用是同时发生的，不存在时间先后这一定律与动量守恒原理有着密切联系，是微观粒子相互作用的基本规律，也是宏观物体运动的重要原则作用力与反作用力的特点成对出现大小相等方向相反作用力和反作用力总是同时产生，不可作用力和反作用力在大小上完全相等，分割不存在单独的作用力或反作用方向恰好相反这种相等性不依赖于物力，它们必须成对出现，共同体现物体体的大小、质量或其他物理特性，反映间的相互作用关系了自然界的对称性同时产生同时消失作用于不同物体作用力和反作用力在时间上是同步的，作用力和反作用力分别作用在相互作用同时产生，同时存在，同时消失相互的两个物体上，而不是作用在同一物体作用是瞬时的，不存在时间延迟，这体上正因如此，它们不能相互抵消，各现了物理规律的时间对称性自对各自所作用的物体产生加速效果第三定律的实验验证弹簧测力计实验将两个弹簧测力计背靠背挂在一起，然后拉动其中一个观察两个测力计的示数，会发现它们始终保持相等，证明作用力和反作用力大小相等改变拉力大小或方向，两个测力计的示数仍然相等但方向相反磁铁实验将两块磁铁分别放在两个相同的小车上，使它们的异性相对释放后，两个小车会相互靠近若两车质量相等，则它们运动的加速度相等；若质量不同，则加速度与质量成反比，但动量变化相等，证明作用力等于反作用力气球实验给气球充气后，不系住开口而是直接释放，气球会因为空气喷出而向相反方向运动这说明气球对空气的作用力和空气对气球的反作用力大小相等、方向相反，正是反作用力推动了气球前进数据分析通过精确测量相互作用物体的加速度和质量，可以计算作用力与反作用力的大小实验数据表明，在测量误差范围内，作用力与反作用力的大小始终相等，方向相反，验证了牛顿第三定律第三定律的日常实例行走原理划船原理火箭推进人行走时，脚向后推地面（作用力），地划船时，桨向后推水（作用力），水同时火箭发射时，燃烧产生的高速气体向后喷面同时对脚产生向前的推力（反作用对桨产生向前的推力（反作用力），这个出（作用力），同时气体对火箭产生向前力），正是这个反作用力推动人体前进反作用力通过桨和船的连接传递给船，推的推力（反作用力）这个原理在真空中如果地面非常光滑（如冰面），摩擦力很动船前进同样，游泳时人通过手臂向后同样有效，因为推动火箭的是火箭与燃气小，就无法提供足够的反作用力，人就会推水，利用水的反作用力前进之间的作用力，不依赖于外部介质滑倒而无法前进第三定律与平衡问题的关系平衡问题的关注点第三定律的关注点常见的误解平衡问题主要关注同一物体受到的多个第三定律关注的是两个不同物体之间的一个典型的误解是将重力与支持力视为力，这些力可能来自不同物体当合力相互作用力，即作用力与反作用力这一对作用力与反作用力实际上，重力为零时，物体处于平衡状态，不产生加对力作用在不同的物体上，因此不可能是地球对物体的引力，其反作用力是物速度平衡条件要求作用在同一物体上相互抵消第三定律描述的是力的相互体对地球的引力；而支持力是支撑面对的所有力的矢量和为零作用本质，而不是力的平衡条件物体的作用力，其反作用力是物体对支撑面的压力•平衡作用在同一物体上的多个力•第三定律作用在不同物体上的一对力•重力与支持力不是一对作用反作用力•合力为零时物体保持静止或匀速运动作用力与反作用力不能相互抵消•它们作用于同一物体，可能形成平衡••如物体静止时重力与支持力平衡•如人推墙时，人与墙相互作用•辨析关键看力作用在哪个物体上常见的混淆与澄清重力与支持力不是一对作用反作用力重力是地球对物体的引力，其反作用力是物体对地球的引力；支持力是支撑面对物体的作用力，其反作用力是物体对支撑面的压力重力与支持力作用在同一物体上，可能形成平衡，但它们不是由第三定律联系起来的力对作用力与反作用力不在同一物体上作用力与反作用力总是作用在相互作用的两个物体上如果两个力作用在同一物体上，它们无论如何都不可能是一对作用力与反作用力识别作用力和反作用力的关键是确定力作用的对象作用力与反作用力不会互相抵消由于作用力与反作用力作用在不同物体上，它们不会相互抵消每个力都会对其作用的物体产生加速效果正是物体间这种无法抵消的相互作用，才使得物体能够运动和交换动量作用力与反作用力总是同时出现作用力与反作用力在时间上是同步的，不存在先有作用力后有反作用力的情况相互作用是瞬时发生的，这反映了物理定律的时间对称性在任何相互作用中，无法区分哪个是主动的作用力牵引问题分析人拉车原理马拉车原理互相牵引分析人对地面的后向作用力产生前向反作用力，马蹄向后蹬地面，地面产生向前的反作用当拉的同时拉，通过绳索传递的拉A BB A推动人体前进；人通过绳索对车施加前向力推动马前进；马通过挽具对车施加前向力大小相等、方向相反若两人都与地面拉力，使车前进关键是人与地面的作用拉力，拉动车前进如果地面太滑，马将有摩擦，则两人可能向对方移动，最终位力，而非人与车的直接作用无法获得足够的反作用力置取决于各自与地面的作用力第三定律例题解析例题分析人在地面上行走的力学过程1问题人在地面上行走时，是什么力推动人向前运动？分析人行走时，脚向后推地面（作用力₁），根据牛顿第三定律，地面对脚产生大小相等、方向相反的力（反作用力F₂），即地面对脚的前向推力这个反作用力通过脚传递到整个人体，推动人向前运F动关键人能够前进的直接原因是地面对人的反作用力，而不是人对地面的作用力例题两物体通过绳子相连时的受力分析2问题质量为₁和₂的两个物体用轻绳连接，置于光滑水平面上，用水平力拉动m m F₁，求绳子张力和两物体加速度分析设张力为，两物体加速度均为对于m Ta₁₁，则₁对于₂₂联立求解₁₂，m F-T=m aT=F-m a m T=m a F-m a=m a得₁₂，代入得₂₁₂结论张力小于拉力，系统加速度a=F/m+mT=mF/m+m由总质量决定例题火箭推进原理的力学解释3问题为什么火箭在真空中也能前进？分析火箭通过燃料燃烧产生高速气体，将这些气体从尾部喷出（火箭对气体的作用力₁）根据牛顿第三定律，气体对火箭产生大小F相等、方向相反的反作用力₂，这个反作用力推动火箭向前运动要点火箭推进不F依赖于外部介质，而是依靠自身与喷出气体之间的相互作用，因此在真空中同样有效第四章牛顿运动定律的综合应用问题分析物理建模理解物理情境，明确已知条件和求解目绘制受力图，建立参考系和坐标系，明标，选择合适的理论模型确各个受力及其方向结果验证方程求解检查单位一致性，验证结果的合理性，应用牛顿运动定律列写方程，解出所求分析特殊情况物理量分析物理问题的一般步骤选取合适的参考系根据问题特点选择惯性参考系，确定哪些物体视为研究对象，哪些视为外界参考系的选择会影响问题的复杂度和解题思路对于多物体系统，可以选择以某一物体为参考或选用地面作为参考画出受力图明确物体受到的所有力，包括重力、支持力、摩擦力、拉力等，将这些力在图上用箭头表示出来，注意力的方向和作用点受力图要清晰、准确，是解题的重要基础对于复杂系统，应分别画出各部分受力建立坐标系选择合适的坐标系，使方程尽可能简化通常选择与运动方向或物体表面平行、垂直的坐标轴，对于斜面问题，可以选择沿斜面和垂直斜面的坐标系坐标系的选择会直接影响方程的复杂程度列写方程根据牛顿第二定律，分别在各坐标方向上列写方程注意力的分解和合成，以及加速度的方向对于连接体系统，可能需要结合几何约束条件列方程时要F=ma注意正负号，确保方向一致求解方程并分析结果解出所求物理量，检查单位一致性和数值合理性分析结果的物理意义，必要时讨论特殊情况结果分析是解题的重要环节，有助于加深对物理规律的理解常见的物理模型一维匀加速运动平抛运动圆周运动物体在单一方向上受到恒定的合外力作物体以初速度水平抛出，在重力作用下做物体沿圆形轨道运动，需要向心力提供向用，产生匀加速运动应用牛顿第二定律二维运动水平方向上做匀速直线运动，心加速度向心力可能来自重力、a=v²/r结合运动学公式₀竖直方向上做匀加速运动，合成为抛物线张力、摩擦力或它们的分量分析时关注F=ma v=v+at,₀分析典型例子包括自由落轨迹分析时应用叠加原理，分别处理水力在径向和切向的分解，特别注意向心力s=v t+½at²体、沿斜面滑动、水平拉力作用下的物体平和竖直方向的运动的来源和大小等摩擦力的作用分析静静滑滑f≤μN f=μN静摩擦力特点滑动摩擦力特点方向可变，大小不固定，最大值为静方向固定，大小恒定，等于滑μNμN静滑μμ摩擦系数关系静摩擦系数通常大于滑动摩擦系数摩擦力是日常生活中最常见的力之一，对物体运动有重要影响静摩擦力的大小随外力变化而变化，最大不超过静，方向始终与相对运动趋势相反当外力超过最大静摩擦力时，物μN体开始运动，此时摩擦力转变为滑动摩擦力在有无摩擦的情况下，物理问题的解答会有显著差异无摩擦时，物体可能做匀速运动或匀加速运动；有摩擦时，可能出现静止、启动、减速或停止等复杂情况摩擦力既可能阻碍运动（如刹车），也可能推动运动（如行走），分析时需要结合具体情境确定其作用连接体系统详解整体法与隔离法绳子张力分析滑轮系统力学整体法将连接的物体视为一个理想情况下，绳子被视为无质定滑轮只改变力的方向，不改系统，只考虑外力作用，适用量、不可伸长的，张力在整根变力的大小；动滑轮能提供机于求整体加速度；隔离法分别绳子上处处相等当绳子经过械优势，减小拉力复杂滑轮分析各物体受力状态，考虑内滑轮时，若滑轮无摩擦、无质系统中，通过分析各段绳子的力作用，适用于求内力（如张量，则张力方向发生改变但大张力和约束关系，可以确定系力）两种方法各有优势，可小不变；若有摩擦或有质量，统的机械优势和各部分的运动以相互补充，综合应用则张力大小在滑轮两侧不同状态复杂连接系统对于多物体复杂连接的系统，可以通过建立多个方程并结合几何约束条件求解需注意内力作用情况和运动约束关系，合理选择坐标系和参考系，简化分析过程牛顿运动定律与圆周运动向心力的本质向心力的来源向心加速度与向心力向心力不是一种特殊的力，而是指向圆不同情况下，向心力有不同的来源如圆周运动中，物体的加速度总是指向圆心的合外力它可以由多种实际的力提物体绕水平圆周运动时，向心力由绳子心，大小为根据牛顿第二定a=v²/r供，如拉力、摩擦力、重力或它们的分的拉力提供；汽车过弯时，向心力由路律，向心力这说明向心F=ma=mv²/r量向心力是使物体做圆周运动的必要面对轮胎的摩擦力提供；行星绕太阳运力与质量和速度的平方成正比，与半径条件，没有向心力，物体将沿切线方向动时，向心力由万有引力提供识别向成反比增大速度或减小半径都会显著做直线运动心力来源是分析圆周运动的关键增加向心力•向心力是指向圆心的合外力向心加速度•a=v²/r•拉力（如甩石头）•向心力不是独立的力种类向心力•F=mv²/r•摩擦力（如车辆过弯）•缺少向心力时物体沿切线离开•速度增加两倍，向心力增加四倍•重力或其分量（如单摆）•半径减半，向心力翻倍•电磁力（如回旋加速器）曲线运动的分析方法法向和切向分解法对于曲线运动，特别是圆周运动，常将加速度和力分解为法向指向曲线内侧和切向沿曲线方向两个分量法向分量引起方向变化，切向分量引起速度大小变化这种分解方法在分析非匀速圆周运动特别有用水平和竖直分解法对于抛体运动或斜面运动等问题，常将力和加速度分解为水平和竖直两个分量水平方向通常无重力作用，运动较简单；竖直方向受重力影响，运动较复杂两个方向可以独立分析，然后合成得到完整运动极坐标与直角坐标的选择对于圆周运动，使用极坐标通常更方便，可以直接描述径向和切向的运动；对于直线运动或平r,θ面运动，使用直角坐标更为简便选择合适的坐标系可以显著简化分析过程x,y不同情况下的受力分析曲线运动涉及多个力的作用，如向心力、重力、摩擦力等分析时需要明确各力的方向和大小，考虑它们在不同方向上的分量，构建完整的力学方程组对于复杂问题，可能需要结合几何关系和运动学方程复杂综合题解析一123连接体系统加速度与力的计算含摩擦力的运动问题变力作用下的运动分析两质量分别为和的物体由轻绳连物体置于摩擦系数的水平面物体初速，受到的2kg3kg4kgμ=

0.22kg10m/s F=6-t²N接，置于光滑水平面上，用水平力拉上，受水平力作用，求加速度和变力作用，求力变为零时物体速度30N20N10s动物体，求系统加速度和绳子张力后位移2kg题解析采用整体法，系统总质量，外力，根据，再用隔离法，对1m=2kg+3kg=5kg F=30N F=ma a=F/m=30N/5kg=6m/s²物体，×，其中为绳子张力检验对物体，×，验证结果正3kg T=3kg6m/s²=18N T2kg F-T=30N-18N=12N=2kg6m/s²确题解析物体受水平力，摩擦力××，合力，加速度2F=20N f=μmg=

0.24kg

9.8m/s²=

7.84N F-f=20N-

7.84N=

12.16N后位移××a=F-f/m=

12.16N/4kg=

3.04m/s²10s s=½at²=½

3.04m/s²10s²=152m题解析变力，当时，需计算内的速度变化动量定理₀3F=6-t²t=√6≈

2.45s F=00~

2.45s mv-v=∫Fdt=∫6-t²dt=[6t-₀所以，最终t³/3]^√6=6√6-6/3=6√6-2=

12.7N·s v-10m/s=

12.7N·s/2kg=

6.35m/s v=

16.35m/s复杂综合题解析二圆周运动临界问题分析向心力来源和临界条件斜面与连接系统考虑分力作用和几何约束动力学与运动学结合联立牛顿定律和运动学方程例题（圆周运动临界问题）一小车在半径为的水平圆形轨道上运动，轨道与轮胎间的最大静摩擦系数为，求车能达到的最大速度解析车做圆110m

0.3周运动时，向心力由轮胎与地面的静摩擦力提供临界状态下，最大向心力，临界条件，解得最大f=μN=

0.3mg F=mv²/r mv²/r=

0.3mg v××=√

0.3gr=√

0.

39.810≈

5.4m/s例题（斜面与连接系统）质量为₁和₂的两物体用轻绳连接，₁放在倾角的光滑斜面上，₂垂直悬挂若系统平衡，求₁与₂的关系解2m m mθm mm析平衡时，₁沿斜面分力₁等于绳子张力，而等于₂所以₁₂，解得₂₁mm gsinθT Tm gm gsinθ=mgm=m sinθ例题（动力学与运动学结合问题）一物体在光滑水平面上受水平恒力作用，从静止开始运动，经过后力撤除，物体又运动了多远才停下？解析第320N5m一阶段，结合，得××第二阶段物体受摩擦力，，F=ma a=F/m v²=2as v²=2F/m5=10F/m f=μmg a=-μgs=v²/2μg=10F/2mμg=5F/mμg物理情景模拟与探究过山车运动分析宇宙飞船的失重环境荷叶效应与微观摩擦力过山车运行过程融合了多种物理学原理，包括宇宙飞船在轨道上运行时，宇航员处于失重荷叶效应是指荷叶表面具有超疏水性，水滴在能量转换、圆周运动和失重感在最高点，重状态，但这并非真正的无重力实际上，飞船上面能够形成近乎完美的球形并容易滚落从力势能最大；在最低点，动能最大过山车过和宇航员都受到地球引力作用，按照开普勒定微观角度看，这是因为荷叶表面有微纳米级的弯时，向心力由轨道对车的支持力提供在圆律绕地球运行失重感产生的原因是飞船与宇粗糙结构，减小了水滴与表面的实际接触面形轨道顶部，如果速度足够大，乘客会感到航员同时做匀速圆周运动，处于自由下落状积，从而减小了摩擦力这一原理已被应用到头重脚轻，这是超重现象；如果速度恰好使态，宇航员相对于飞船没有加速度，因此感受自清洁材料、防水织物和减阻涂层的开发中，向心加速度等于重力加速度，则会产生瞬时失不到重力这种环境为科学研究和太空制造提展示了物理学原理在材料科学中的应用重感供了独特条件实验探究验证牛顿第二定律实验器材准备主要设备包括倾斜的光滑斜面、小车、计时器、砝码、滑轮和细线确保斜面足够光滑，小车滚动摩擦可忽略，计时器精度满足要求设置斜面角度使小车能匀加速下滑，同时便于测量实验步骤与操作将小车置于斜面顶端，通过细线和滑轮连接砝码记录小车和砝码的质量释放系统，测量小车运动一定距离所需的时间改变砝码质量（即改变作用力），重复实验然后固定砝码质量，改变小车质量，再次进行测量数据记录与处理记录每组实验的力（砝码重力）、质量和时间计算加速度（为固F mt a=2s/t²s定距离）绘制图像（固定）和图像（固定），验证加速度与力F-am1/m-aF成正比，与质量成反比的关系误差分析与结论分析可能的误差来源，如摩擦力、计时误差、系统质量测量误差等通过数据分析验证加速度与合外力成正比，与质量成反比的关系，得出的结论，F=ma证实牛顿第二定律的正确性牛顿力学局限性牛顿力学虽然在日常生活中高度准确，但在极端条件下存在局限性当物体速度接近光速时，需要引入爱因斯坦的狭义相对论，考虑质量随速度增加的效应在微观世界，粒子的行为遵循量子力学规律，具有波粒二象性和测不准原理，与经典力学的确定性预测有本质区别在强引力场中，如黑洞附近，经典引力理论失效，需要广义相对论描述时空弯曲产生的引力效应尽管有这些局限，牛顿力学仍是现代物理学的基础，在速度远小于光速、尺度远大于原子尺度、引力场不太强的情况下，提供了极其准确的描述，是工程技术和日常应用的基础理论课程回顾牛顿第二定律牛顿第一定律物体加速度与所受合外力成正比，与质量成物体在没有外力作用下保持静止或匀速直线反比，用公式表示为这一定律建立F=ma运动状态它揭示了惯性的本质，确立了力了力、质量和加速度的定量关系，是解决动不是维持运动而是改变运动状态的因素，为力学问题的核心方程，也是理解自然界运动正确理解力与运动的关系奠定了基础规律的关键应用与解题方法牛顿第三定律牛顿定律的应用涉及受力分析、坐标系建作用力与反作用力大小相等，方向相反，作立、方程列写等步骤解题时需要明确参考用在不同物体上它揭示了力的相互作用本系，正确分析力的作用，合理选择坐标系，质，说明力总是成对出现的，为理解物体间并结合具体情境应用合适的物理模型相互作用和动量守恒提供了理论基础学习资源与拓展推荐教辅材料除标准教材外，推荐《物理竞赛辅导教程》、《高考物理解题方法与技巧》等辅助教材，这些资料提供了更多深入的概念解释和丰富的练习题《费曼物理学讲义》虽然难度较高，但对理解物理概念有极大帮助，特别是力学部分的讲解生动形象在线学习资源与视频国内外有许多优质的物理教学视频资源，如中国大学平台的大学物理课程，哔哩哔MOOC哩网站上的李永乐老师科普频道，以及可汗学院的物理课程这些视频Khan Academy以直观的动画和清晰的讲解帮助理解复杂概念物理竞赛相关知识点拓展物理竞赛通常涉及更深入的力学概念，如角动量、刚体转动、非惯性系中的运动等建议有兴趣的学生学习《物理竞赛辅导全书》，参加学校物理兴趣小组，尝试解决一些挑战性问题，培养更深入的物理思维高考复习重点与策略高考物理中，牛顿运动定律是重点考核内容复习时应注重基本概念理解，掌握典型问题解法，特别是连接体系统、圆周运动等综合应用建议通过做历年真题，总结解题思路和方法，形成系统的知识网络。