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)

牛頓定律已經提出了300多年，人們對于牛頓定律已經非常熟悉.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生了作用力，就會使物體改變這種狀態.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，這個系統不會改變運動狀態，也就是說這個系統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

要想分析力學受力情況，就要準確地判斷物理的實際狀態，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的影響下研究系統受力情況，可以達到平衡狀態，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，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.真正的力學規律并不是由接觸判斷力，需要在物體接觸過程中發生的形變或者擠壓等，利用牛頓第一個定律，通過狀態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，并且屬于靜止的狀態，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，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生向右的彈力.

2.2 以平衡狀態為核心 利用整體 隔離思想

牛頓第一定律表示改變物理運動狀態的唯一原因就是力，因此運動狀態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的固有理論，不僅需要遵循力與運動的關系，還要確定系統平衡的狀態.物理的平衡狀態是靜止或者勻速直線運動，系統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.

但是研究物體狀態不能脫離系統，研究任何物理規律都需要一定的參考系統，研究系統內部首先需要劃分對象，選取恰當的研究對象，有利于更加便利的解題.在復雜的系統物理受力分析當中，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.

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.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，使系統內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，科學的解釋系統受力情況.