牛頓三大定律在高中物理中的應(yīng)用

李泓睿

摘 要：牛頓三大定律是牛頓在伽利略等人的研究基礎(chǔ)之上進(jìn)行深入研究而提出的有關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)關(guān)系的三個(gè)基本定律。這三條定律為物理中力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也為其他學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了重要的推動(dòng)作用。牛頓三大定律適用于宏觀低速物體的力學(xué)定律，是研究經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是高中物理中力學(xué)部分知識(shí)的主要支撐。因此對高中生來說，熟練掌握并且運(yùn)用牛頓三大定律對學(xué)好高中物理有著非常重要的意義。下文從牛頓三大定律在高中物理中的應(yīng)用入手，對這方面的問題進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：牛頓三大定律；高中物理；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.232

物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有著多種多樣的形式，在我們生活中最常見的要屬機(jī)械運(yùn)動(dòng)。簡單來說，機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)描述物質(zhì)位置變化的運(yùn)動(dòng)，車輛的行駛以及機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)都可以被看做是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)遵循一定的客觀定律。從物理課本的結(jié)構(gòu)來說，牛頓三大定律的知識(shí)主要分布了高一物理課本中，從某種方面來說可以看做是高中物理學(xué)習(xí)的開端。學(xué)好這部分知識(shí)，至少學(xué)習(xí)力學(xué)部分的知識(shí)就會(huì)有一個(gè)清晰的方向，但牛頓三大定律在高中物理中的應(yīng)用卻不僅僅局限于此。

1 牛頓三大定律的主要內(nèi)容

1.1 牛頓第一定律

牛頓第一定律又被稱為慣性定律，即：一切物體總會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或者靜止?fàn)顟B(tài)，直到在外力的作用下改變這種狀態(tài)為止。要理解清楚牛頓第一定律，首先要具備以下認(rèn)識(shí)：運(yùn)動(dòng)是物體的固有屬性，物體的運(yùn)動(dòng)在既定的條件下不需要力的作用，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，加速度產(chǎn)生于此。因?yàn)榕ｎD第一定律成立的條件是物體不受外力的作用，所以無法用實(shí)驗(yàn)來直接證明。[1]最后牛頓第一定律與第二定律是互為依托的關(guān)系，第一定律并不是第二定律合外力為零時(shí)的特例。由牛頓第一定律我們可以引出慣性的概念，即使物體保持原有勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。

1.2 牛頓第二定律

如果對一個(gè)物體持續(xù)施加合外力，則該物體則會(huì)產(chǎn)生加速度，物體加速度的方向與合外力的方向相同，其大小與合外力的大小成正比，與物體本身的質(zhì)量大小呈反比，這便是牛頓第二定律的基本內(nèi)容。其描述的主要是力的效果，需要注意的是在非慣性參考系中，牛頓第二定律是不成立的。

1.3 牛頓第三定律

兩個(gè)物體，A物體在對B物體施加作用力的同時(shí)，也會(huì)受到B物體作用給A物體的反作用力。這兩個(gè)力的大小相同，但方向相關(guān)，而且作用在同一直線上，這就是牛頓第三定律的基本內(nèi)容，也是我們常說的‘力的作用是相互的。在生活中經(jīng)常會(huì)用到牛頓第三定律，比如當(dāng)船靠岸時(shí)，人往岸邊一跳，船此時(shí)也會(huì)離開岸邊，這便是牛頓第三定律在生活中最常見的使用情景。[2]同樣在物理學(xué)習(xí)中，面對受力分析一類的題目時(shí)，牢記牛頓第三定律也能夠?yàn)閷?shí)際的解題帶來新的方向。

2 牛頓三大定律在高中物理中的應(yīng)用

牛頓三大定律幾乎涉及到了高中物理必修一、選修1—1以及選修2—2中的全部知識(shí)，選修3—4中的知識(shí)也有所涉及。而從物理學(xué)的構(gòu)成來說，力學(xué)也屬于物理學(xué)不可或缺的組成部分。尤其與初中階段的物理相比較高中階段的物理知識(shí)已經(jīng)具備了一定的難度，而且這部分知識(shí)的定理以及公式居多，很多時(shí)候都需要用到數(shù)學(xué)思維來對其進(jìn)行推算，這也就是很多同學(xué)學(xué)不好這部分知識(shí)的重要原因之一。其實(shí)從牛頓三大定律，到萬有引力定律，再到機(jī)械能以及動(dòng)量這部分知識(shí)，其實(shí)或多或少的都涉及到了牛頓三大定律的基本原理。在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)，要做到循序漸進(jìn)，在打牢基礎(chǔ)的前提下逐步通過實(shí)際的題型來進(jìn)行提高。要學(xué)會(huì)‘化繁為簡，用已知的物理概念去解釋復(fù)雜的物理現(xiàn)象，要透過表象看到本質(zhì)。高中物理中力學(xué)知識(shí)部分的各個(gè)章節(jié)之間的聯(lián)系性還是比較密切的，在實(shí)際的學(xué)習(xí)中要注意把握這方面的規(guī)律。具備了這樣的思維，至少高中物理中與力學(xué)相關(guān)的知識(shí)學(xué)起來就不會(huì)過于吃力。

比如在學(xué)習(xí)‘圓周運(yùn)動(dòng)與萬有引力這部分知識(shí)時(shí)，就可以將其看做運(yùn)動(dòng)規(guī)律在特定曲線之內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械能與動(dòng)量這部分知識(shí)也是力學(xué)的重點(diǎn)，功和能這部分概念雖然是由力學(xué)引入的，但卻在高中物理學(xué)中都有涉及。[3]而不管物體的運(yùn)動(dòng)還是粒子的運(yùn)動(dòng)，都適用于能量守恒定律。其實(shí)如果在日常的學(xué)習(xí)中注意觀察和總結(jié)，高中物理中很多知識(shí)都能夠找到牛頓三大定律的影子，這足以證明牛頓三大定律在高中物理學(xué)習(xí)過程中的重要地位。

3 總結(jié)

牛頓三大定律是物理力學(xué)知識(shí)的重要組成部分，高中物理中的很多知識(shí)都能夠涉及到牛頓三大定律，所以要想學(xué)好物理，準(zhǔn)確把握并且學(xué)會(huì)借助牛頓三大定律來思考問題是非常重要的。作為學(xué)生，在日常的學(xué)習(xí)中要學(xué)會(huì)抓住知識(shí)的主干，而牛頓三大定律則是高中物理知識(shí)的主干。用牛頓三大定律來解決力學(xué)部分的問題，用解決力學(xué)部分問題的心得應(yīng)用到其他知識(shí)之中，這樣才能夠?qū)W好物理。上文筆者站在高中生的角度，對牛頓三大定律在高中物理中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?qū)ν瑢W(xué)們物理學(xué)習(xí)的過程帶來一些思考。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐振杰.牛頓三大定律的關(guān)系研究[J].科技展望，2016（33）：267.

[2]陳鮮艷.普通高中物理教材難度研究[D].陜西師范大學(xué)，2013.

[3]范增.我國高中物理核心概念及其學(xué)習(xí)進(jìn)階研究[D].西南大學(xué)，2013.