浅谈运用牛顿第一定律解决力学问题的技巧与方法

湖北省武汉市第一初级中学(430024) 南鸣燕

牛顿第一定律在初中物理8年级下学期学习,内容如下:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。

在日常生活中,物体都受到重力,还可能受到其它力,如:支持力、拉力、摩擦力、压力等,表面上看不满足牛顿第一定律的前提条件。其实不然,如果物体受到的力是平衡力,即物体受到的合力为零,与不受力的效果是一样的,也可以运用牛顿第一定律。我们可以把牛顿第一定律理解推广为物体不受力或受平衡力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。下面就学生常见的问题来进行探讨,加深对牛顿第一定律的理解,从而提高学生运用知识解决问题的能力。

1 一个物体不受力或受平衡力时,该物体一定是静止的

这个观点是错误的,物体不受力,满足牛顿第一定律的条件,则它有两种可能:①保持静止状态;②保持匀速直线运动状态,如何确定它的状态,得看物体不受力时的瞬时速度,瞬时速度为零,则保持静止状态,瞬时速度不为零,则以此瞬时速度作匀速直线运动。举例分析:细线系着一小球作单摆运动:①当小球运动到最高点时,突然不受力,小球将如何?此题中,小球在最高点时瞬时速度为零,突然不受力,则由牛顿第一定律可知:小球将保持静止状态停在最高点处;②若小球不是在最高点时,突然不受力,小球又将如何?此题中,小球不处于最高点,小球此时瞬时速度不为零,突然不受力,则小球将以此时刻速度作匀速直线运动;③小球运动到最高点时,绳子突然断了,小球又将如何呢(不计空气阻力)?系住小球的绳子突然断了,小球不再受拉力,但仍受到重力,所受合力不为零,在最高点瞬时速度为零,由于小球受到重力,因而小球将沿竖直方向做加速下落运动。

因此可以得出结论:一个物体不受力或受平衡力作用时,该物体有两种可能:①保持静止状态 ②保持匀速直线运动状态。

2 物体只受一个力的作用,一定做变速运动

这个观点是正确的,分析如下:物体只受一个力,合力一定不为零,无法平衡,则物体受到的力一定是非平衡力,因此物体所受合力不为零,不满足牛顿第一定律及推广条件,物体不可能静止,也不可能保持匀速直线运动,则它的运动状态一定改变,物体将做变速运动。

3 物体受平衡力的作用,一定做匀速直线运动

这个观点是错误的,物体受平衡力的作用,即物体所受合力为零,满足牛顿第一定律的推广条件,那么物体的运动状态如何分析呢?我们应该先确定物体受平衡力作用时的瞬时速度。例如:①空中加速下落的小球,在某一时刻突然不受力或受平衡力的作用,该小球会如何?此题中小球先是作加速下落,在某一时刻不受力或受平衡力作用,这个瞬间小球速度不为零,此时刻满足牛顿第一定律,则小球就会以此时刻速度作匀速直线运动;②天花板下悬挂的电灯,受拉力和重力作用,这两个力是一对平衡力,电灯受平衡力的作用保持静止状态。若某时刻所有力都消失了,电灯的运动情况会如何?分析:当电灯不受力时,电灯此时的速度为零,由牛顿第一定律可知电灯会停在原来的位置并保持静止状态。

4 一个物体保持静止或匀速直线运动状态,则该物体受的力一定是平衡力

这个观点是正确的,因为物体的运动状态没有发生改变,符合牛顿第一定律,则物体受到力的效果和不受力的效果完全一样,这个物体受到的合力一定为零,即物体受到的一定是平衡力。

教学之后的感悟:在生活中,学生很容易误认为物体运动是需要力来维持的。教师在教学中可以多举例来加强力是改变物体运动状态的原因。而物体运动状态是否改变,是由物体所受合力决定的,当物体所受合力为零时,即受平衡力作用时,物体的运动状态不会改变,物体会保持原来的运动状态,因此物体有两种可能情况:①保持静止状态;②保持匀速直线运动状态。当物体所受合力不为零时,即受非平衡力的作用,物体运动状态一定改变,物体做变速运动。