牛頓第一定律與受力分析技巧討論

王澤宇

(保定市第一中學 河北 保定 071000)

牛頓定律已經(jīng)提出了300多年，人們對于牛頓定律已經(jīng)非常熟悉.但是當今很多物理學的教科書對于牛頓第一定律的認識并不合理.本文主要論述了牛頓第一定律與受力分析技巧，幫助人們更加深入地理解牛頓第一定律.

1 牛頓第一定律的概述

牛頓第一定律：任何物體可以保持靜止或者勻速直線運動，除非在這個物體上面產(chǎn)生了作用力，就會使物體改變這種狀態(tài).但是需要注意的是，牛頓第一定律的本質并不是對于說所有的物體都具有慣性.如果第一定律的實質描述物理的慣性，那么牛頓第一定律就沒有獨立存在的意義了，因為牛頓第二定律不僅描述了物體慣性，而且還可以利用質量m描述物質的慣性大小，因此牛頓第一定律被稱作是慣性定律并不是牛頓的本意.

牛頓第一定律的實質應該是：牛頓第一定律給出一個不受力和所受合力為零的物體系，這個系統(tǒng)不會改變運動狀態(tài)，也就是說這個系統(tǒng)不存在加速度的情況，而物理學當中研究的問題通常都是相對的，以固定的物體作為參照物，牛頓第一定律就給出了慣性系，這樣一來物理問題的研究也會更具意義.

2 牛頓第一定律的受力分析技巧

2.1 利用假設法判定物體的運動狀態(tài)

要想分析力學受力情況，就要準確地判斷物理的實際狀態(tài)，可以進一步確定物體的受力條件.作用力的存在就是保證具備合理的施力對象，這樣也可以判斷物體是否受力，在物理當中，特殊的運動狀態(tài)就是靜止和勻速直線運動兩種.通過牛頓第一定律可以明確這兩種狀態(tài)的影響下研究系統(tǒng)受力情況，可以達到平衡狀態(tài)，或者物體受到的合外力為零，結合這種特殊的受力關系，可以實現(xiàn)定量求解.

在分析受力過程中比較常用的技巧就是假設法，假設物體在實際運動過程中受到該力的影響，那么物體原來的運動狀態(tài)一定會受到改變，對比最終的運動特征和假設當中的信息，這樣才可以驗證假設的力，物理受力分析也會具備更加客觀的依據(jù)，初學者就不會臆斷受力的特征.利用假設法反推的過程中，通常都需要判定特殊位置，流入物體之間具有明顯的接觸，那么很多人都會將連接觸點作為力的作用點，這樣就主觀設想了力的存在.真正的力學規(guī)律并不是由接觸判斷力，需要在物體接觸過程中發(fā)生的形變或者擠壓等，利用牛頓第一個定律，通過狀態(tài)反推才可以得到最終驗證.

【例1】如圖1所示，小球和水平面以及臺階處于接觸狀態(tài)，并且屬于靜止的狀態(tài)，分析小球的受力情況.

圖1 例1題圖

這道題的信息較少，小球處于靜止狀態(tài)，就可以明確小球的合外力為零.但是不能確定小球和水平面的表面特征，粗糙接觸和光滑接觸對于受力分析具有不同的影響，因此分析小球的受力情況需要結合接觸面是否存在摩擦的情況.

首先如果接觸面是光滑的，小球水平方向保持靜止，那么小球在水平方向上沒有受力，雖然小球接觸到墻壁，但是并不會受到彈力的作用.利用假設法進行驗證，假設存在彈力，這樣小球水平方向受力不能為零，小球就無法保持靜止，那么題設就不存在，因此可以確定不存在該彈力.

此外小球和水平地面之間接觸面是粗糙的，這樣就無法確定小球在水平方向的合理效果，需要深入的討論：如果小球不具備向右的運動趨勢，結合摩擦力的條件，可以明確這個時候小球不會受到摩擦力的影響.如果小球具備向右運動趨勢，那么界面就會存在摩擦力，以此小球如果在水平方向上保持靜止，那么豎直墻壁對于小球就要產(chǎn)生向右的彈力.

2.2 以平衡狀態(tài)為核心 利用整體 隔離思想

牛頓第一定律表示改變物理運動狀態(tài)的唯一原因就是力，因此運動狀態(tài)和作用力之間具有密切的關系，但是這一結論并沒有具體的求解方式.物理受力分析目的就是認識物理所處的狀態(tài)的固有理論，不僅需要遵循力與運動的關系，還要確定系統(tǒng)平衡的狀態(tài).物理的平衡狀態(tài)是靜止或者勻速直線運動，系統(tǒng)接收的合外力就是零，以此為核心，可以確定力學問題的主線.

但是研究物體狀態(tài)不能脫離系統(tǒng)，研究任何物理規(guī)律都需要一定的參考系統(tǒng)，研究系統(tǒng)內(nèi)部首先需要劃分對象，選取恰當?shù)难芯繉ο?，有利于更加便利的解題.在復雜的系統(tǒng)物理受力分析當中，整體法和隔離法可以簡化復雜的物體模型，使解題效率得到提升.

【例2】如圖2所示，在光滑水平面上有一個小車，小車上固定一個磁鐵，一個人利用木桿吊著一塊出臺，兩塊磁鐵之間具有一定的間隙，并且始終保持不變，描述小車的實際狀態(tài).

圖2 例2題圖

利用整體思想，車、人、磁鐵屬于一個整體，兩塊磁鐵之間保持不變的距離，那么磁鐵運動的前后都是保持恒定的，并且處于平衡的狀態(tài).因此磁鐵和車是一個整體，只有在不受力或者合外力為零，小車運動功能狀態(tài)才可以保持靜止或者勻速直線運動.通過整體分析思想，使系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用得到簡化，只要在宏觀角度對于整體的受力和運動狀態(tài)進行分析就可以獲得答案.

3 結束語

本文結合具體的案例對于牛頓第一定律與受力分析技巧進行分析，從而可以對于相關的研究提供理論參考，科學的解釋系統(tǒng)受力情況.