牛顿第一定律和二力平衡.doc

牛顿第一定律和二力平衡（一）
牛顿第一定律说：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。
那么，反过来是不是可以说，物体受到力的作用时，就会改变运动状态呢？
牛顿第一定律是一个命题（正确的命题），一个这样的命题都有它的“逆命题”、“否命题”、“逆否命题”。①逆命题：物体保持静止状态或匀速直线运动状态，它就没受到力的作用。②否命题：物体受到力的作用，就不保持静止状态或匀速直线运动状态。③逆否命题：物体不保持静止状态或匀速直线运动状态，就受到力的作用。
、 一个正确的命题，其逆命题、否命题不一定正确。同样，一个错误的命题，其逆命题、否命题也不一定错误。但是，原命题与逆否命题是等价的，逆命题和否命题也是等价的。
如果我们能把我们学过的每一个定律（定理、性质等），都能分析一下它的逆命题、否命题、逆否命题，那么我们对这个定律（定理、性质等）一定会有更深的理解。
现在我们要分析的是牛顿第一定律的逆命题：物体受到力的作用时，它的运动状态就会改变。这个逆命题对不对呢？
对物体施加一个力，不一定改变它的运动状态。例如，放在地面上的物体，受到一个重力的作用，但它还是静止的。因为地面对它的支持力“抵消了”重力的作用。如果用1N的力（相当于拿起两个鸡蛋的力）去提这个物体（假设该物体的重力为10N），该物体还是静止的，因为这时地面的支持力减小了，“提力”和支持力共同抵消重力。用1N的力去推一辆停在马路上的汽车，汽车仍然静止。因为在汽车和马路的接触面上产生了一个正好“抵消”推力的摩擦力。如果我们用足够大的力去推它，它就会运动。因为摩擦力不能无限度的增大。所以，物体受到力的作用，其运动状态可能改变也可能不改变。
那么，运动状态在什么情况下改变，在什么情况下不改变呢？
我们先考虑一种最简单的情况：施加一个力，不会产生另外的力，也不会使其他的力发生变化。在这种情况下，对一个处于平衡状态的物体施加一个力，就一定会改变它的运动状态。
对于一般的情况，又是怎样的呢？
如果一个物体受到一组力的作用，其运动状态不发生改变，我们就说这组力是一组平衡力。
现在，我们就有了一个比较完整的结论：如果物体没有受到力的作用或受到平衡力的作用，那么它的运动状态不变；如果物体受到非平衡力的作用，那么它的运动状态就要改变。把这句话反过来说也是正确的：如果物体的运动状态不改变，那么它没有受到力的作用或受到平衡力的作用；如果物体的运动状态发生变化，那么它受到非平衡力的作用。
对此，恐怕有人还是不能满意，因为他根据上面的论述，得到了这样的结论：在什么情况下物体受到力的作用而不改变运动状态？——受到平衡力。什么是平衡力？——不使运动状态发生变化的一组力叫平衡力。这岂不是什么也没说？
实际上，一组力是否是平衡力，是可以通过计算得知的。只不过我们目前的知识还不能全部解决这个问题。而只能解决作用线在同一条直线上的几个力的情况。
一.两个力的情况（二力平衡）
作用在同一个物体上的两个力如果大小相等，方向相反并且在同一直线上，这两个力就相互平衡。
作用力反作用力与一对平衡力的区别：两者的相同点——都是“大小相等，方向相反，并且在同一直线上”。两者的不同点——① 平衡力是作用在同一个物体上；作用力反作用力是作用在两个物体上。② 作用力反作用力是同时产生、同时消失的；平衡力可以一个消失、另一个继续存在。③ 作用力反作用力一定是同一性质的力（例如都是吸引力，都是摩擦力，都是弹力等等）；平衡力不一定是同一性质的力。
二.多个力的情况
1.合力
如果几个力的总的效果，等于某个力F的效果，那么就称力F是这几个力的合力。
（1）平衡力的合力：物体在平衡力的作用下，运动状态不变，其效果等同于不受力，所以，一组平衡力的合力为0。
（2）同一直线上两个力的合力：
① 同一直线上，方向相同的两个力F1，F2的合力F，其大小等于F1与F2的和，即：F=F1+F2 。其方向和F1与F2的方向相同。
F1
l:
F2
l:
F
l:
(上面画的三条直线表示同一条直线)
② 同一直线上，方向相反的两个力F1，F2的合力F，其大小等于F1与F2的差, 即：F=F2-F1，（当F2＞F1时）。其方向与F1，F2中较大的之方向相同。
l： F1 F2
F
l：
（上面画的两条直线表示同一条直线）
(3) “二力平衡”的扩展
在掌握了同一直线上两个力的合力的求法后，我们就可以讨论在同一直线上三、四个力（甚至更多的力）的平衡问题。
例如：用1N的力F去提一个放置在地面上的、重力为10N的物体，此时地面对该物体的支持力FN是多大？
分析：如果不去提这个物体，那么该物体是静止的。用1N的力去提它，是提不动的，所以，还是静止的。这时，向下的力应等于所有向上的力的合力，即：F+FN=G ，FN=G-F=10-1=9（N）。
（4）有关平衡力问题的两个分析思路：
① 如果知道力，可以计算它们是否是平衡力。如果是平衡力，则物体保持平衡状态（静止状态或匀速直线运动状态）；如果不是平衡力，则物体不在平衡状态（即它的运动状态在发生变化）。
② 如果知道物体的运动状态及其变化与否，则可以据此分析它的受力情况。例如：一个放置在桌子上的物体，因为它是静止的，所以它受到平衡力的作用，所以，桌面对它的支持力是竖直向上的，其大小等于该物体的重力。

牛顿第一定律和二力平衡（二）