淺談運(yùn)用牛頓第一定律解決力學(xué)問題的技巧與方法

湖北省武漢市第一初級(jí)中學(xué)(430024) 南鳴燕

牛頓第一定律在初中物理8年級(jí)下學(xué)期學(xué)習(xí),內(nèi)容如下:一切物體在沒有受到力的作用時(shí),總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

在日常生活中,物體都受到重力,還可能受到其它力,如:支持力、拉力、摩擦力、壓力等,表面上看不滿足牛頓第一定律的前提條件。其實(shí)不然,如果物體受到的力是平衡力,即物體受到的合力為零,與不受力的效果是一樣的,也可以運(yùn)用牛頓第一定律。我們可以把牛頓第一定律理解推廣為物體不受力或受平衡力作用時(shí),總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。下面就學(xué)生常見的問題來進(jìn)行探討,加深對牛頓第一定律的理解,從而提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。

1 一個(gè)物體不受力或受平衡力時(shí),該物體一定是靜止的

這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的,物體不受力,滿足牛頓第一定律的條件,則它有兩種可能:①保持靜止?fàn)顟B(tài);②保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),如何確定它的狀態(tài),得看物體不受力時(shí)的瞬時(shí)速度,瞬時(shí)速度為零,則保持靜止?fàn)顟B(tài),瞬時(shí)速度不為零,則以此瞬時(shí)速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。舉例分析:細(xì)線系著一小球作單擺運(yùn)動(dòng):①當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),突然不受力,小球?qū)⑷绾?此題中,小球在最高點(diǎn)時(shí)瞬時(shí)速度為零,突然不受力,則由牛頓第一定律可知:小球?qū)⒈３朱o止?fàn)顟B(tài)停在最高點(diǎn)處;②若小球不是在最高點(diǎn)時(shí),突然不受力,小球又將如何?此題中,小球不處于最高點(diǎn),小球此時(shí)瞬時(shí)速度不為零,突然不受力,則小球?qū)⒁源藭r(shí)刻速度作勻速直線運(yùn)動(dòng);③小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),繩子突然斷了,小球又將如何呢(不計(jì)空氣阻力)?系住小球的繩子突然斷了,小球不再受拉力,但仍受到重力,所受合力不為零,在最高點(diǎn)瞬時(shí)速度為零,由于小球受到重力,因而小球?qū)⒀刎Q直方向做加速下落運(yùn)動(dòng)。

因此可以得出結(jié)論:一個(gè)物體不受力或受平衡力作用時(shí),該物體有兩種可能:①保持靜止?fàn)顟B(tài) ②保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

2 物體只受一個(gè)力的作用,一定做變速運(yùn)動(dòng)

這個(gè)觀點(diǎn)是正確的,分析如下:物體只受一個(gè)力,合力一定不為零,無法平衡,則物體受到的力一定是非平衡力,因此物體所受合力不為零,不滿足牛頓第一定律及推廣條件,物體不可能靜止,也不可能保持勻速直線運(yùn)動(dòng),則它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變,物體將做變速運(yùn)動(dòng)。

3 物體受平衡力的作用,一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)

這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的,物體受平衡力的作用,即物體所受合力為零,滿足牛頓第一定律的推廣條件,那么物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何分析呢?我們應(yīng)該先確定物體受平衡力作用時(shí)的瞬時(shí)速度。例如:①空中加速下落的小球,在某一時(shí)刻突然不受力或受平衡力的作用,該小球會(huì)如何?此題中小球先是作加速下落,在某一時(shí)刻不受力或受平衡力作用,這個(gè)瞬間小球速度不為零,此時(shí)刻滿足牛頓第一定律,則小球就會(huì)以此時(shí)刻速度作勻速直線運(yùn)動(dòng);②天花板下懸掛的電燈,受拉力和重力作用,這兩個(gè)力是一對平衡力,電燈受平衡力的作用保持靜止?fàn)顟B(tài)。若某時(shí)刻所有力都消失了,電燈的運(yùn)動(dòng)情況會(huì)如何?分析:當(dāng)電燈不受力時(shí),電燈此時(shí)的速度為零,由牛頓第一定律可知電燈會(huì)停在原來的位置并保持靜止?fàn)顟B(tài)。

4 一個(gè)物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),則該物體受的力一定是平衡力

這個(gè)觀點(diǎn)是正確的,因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有發(fā)生改變,符合牛頓第一定律,則物體受到力的效果和不受力的效果完全一樣,這個(gè)物體受到的合力一定為零,即物體受到的一定是平衡力。

教學(xué)之后的感悟:在生活中,學(xué)生很容易誤認(rèn)為物體運(yùn)動(dòng)是需要力來維持的。教師在教學(xué)中可以多舉例來加強(qiáng)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。而物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變,是由物體所受合力決定的,當(dāng)物體所受合力為零時(shí),即受平衡力作用時(shí),物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)改變,物體會(huì)保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此物體有兩種可能情況:①保持靜止?fàn)顟B(tài);②保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)物體所受合力不為零時(shí),即受非平衡力的作用,物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變,物體做變速運(yùn)動(dòng)。