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高中一~高中二年级 (15-17岁)

牛顿运动定律

Newton's Laws of Motion

牛顿运动定律说明:没有合力时运动状态保持的惯性、合力等于质量乘加速度,以及作用在不同物体上大小相等、方向相反的作用与反作用。 公交车急刹时身体前倾,或者推墙时墙也推你,就是日常例子。 F = ma 中的 F 是合力,质量越大,同样的力越难加速。 在这一页,你可以拖动质量和力滑块,观察加速度如何变化。

三大运动定律的直觉
🍎 牛顿三大定律一览
①第一定律(惯性):无力则运动状态不变 — 公交急刹车时人前倾的原因
②第二定律(加速度):F = ma — 力越大、质量越小,加速度越大
③第三定律(作用-反作用):我推墙,墙以同样大小推我
F = ma 可视化
5 kg
20 N
💡 观察要点
①力(F)增大,加速度(a)成正比增大
②质量(m)增大,同样力下加速度减小
③质量为对运动变化的阻力=惯性大小
牛顿第二定律公式
牛顿第二定律
F = ma
力(N) = 质量(kg) × 加速度(m/s²)
加速度形式
a = Fm
加速度与力成正比,与质量成反比
单位:牛顿(N)
1 N = 1 kg · m/s²
使1 kg物体获得1 m/s²加速度所需的力
作用-反作用定律
🤝 第三定律:作用与反作用
①我按桌子,桌子以等大向上推我
②火箭向后推气体,气体向前推火箭
③作用-反作用作用于不同物体 → 不会抵消!
例题演练
例题 1
质量 4 kg 的物体受到 12 N 的合力。加速度是多少?
1
由牛顿第二定律 F = ma,得 a = F/m。
a = Fm
2
代入 F = 12 N, m = 4 kg。
a = 124 = 3 m/s2
3 m/s²
F = ma 可变形为 a = F/m。力越大、质量越小,加速度越大。
例题 2
对质量 2 kg 的物体施加 10 N 的力,但有 4 N 摩擦力反向作用。加速度是多少?
1
F = ma 中的 F 是合力,先减去摩擦力。
Fnet = 10 − 4 = 6 N
2
计算 a = Fnet/m。
a = 62 = 3 m/s2
3 m/s²
F = ma 中的 F 始终是合力。先减去反向的力(如摩擦)再代入。
总结
牛顿运动定律核心
Fnet = ma (合力 = 质量 × 加速度)
第一:F=0→匀速/静止、第二:F=ma、第三:F₁₂=-F₂₁
高考类型变式
光滑地面上,质量 3 kg 与 2 kg 的两物体用绳连接,受 10 N 的力牵引。两物体的加速度是多少?
1 m/s²
2 m/s²
3 m/s²
4 m/s²
5 m/s²
② 2 m/s²
1
把绳连接的两物体看作一个系统,求总质量。
mtotal = 3 + 2 = 5 kg
2
对整个系统应用 F = ma。
a = 105 = 2 m/s2
🎯 考试重点
①F = ma 中F为合力 — 所有力的矢量和
②质量m越大惯性越大(改变运动越难)
③作用-反作用是两物体之间的关系,不在同一物体上
④水平面上:竖直方向N=mg、水平方向F=ma
⑤解题前必先画自由体图(FBD)
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