1687 年,艾萨克·牛顿发表了三条规律,它们解释了你能看见的每一个物体的运动——从滚动的球、落下的苹果,到航天器。三百年后,它们仍是中学物理的基石。下面是每一条真正在说什么,以及怎么用。


做题时觉得牛顿定律很抽象?

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牛顿第一定律——惯性定律

静止的物体保持静止。运动的物体以相同的速度和方向继续运动——除非有不平衡的(合)力作用在它上面。

这叫做惯性定律。惯性是物体抵抗其运动状态发生任何改变的性质。物体的质量越大,惯性就越大。

如果作用在物体上的各力是平衡的(合力 = 0),物体就不会产生加速度。它要么保持静止,要么以恒定速度继续运动。静止并不特殊——恒定速度同样成立。

现实中的例子:

  • •乘客向前倾倒——汽车刹车时,人的身体想要保持运动;车停下了,但惯性把人带向前方。
  • •冰球在冰面上滑行——在几乎没有摩擦的冰面上,没有摩擦让它停下,它会一直滑下去。
  • •桌上静放的球——重力向下拉,支持力向上推。合力 = 0。球留在原处。

牛顿第二定律—— F = ma

作用在物体上的合力等于它的质量乘以它的加速度:

F = ma

F 的单位是牛顿(N),m 的单位是千克(kg),a 的单位是米每二次方秒(m/s²)。
5 kgW(重力)N(支持力)F(外加)
受力图:作用在平面上一个 5 kg 物块上的各力。

这条定律把三个量联系起来。知道其中两个,就能求出第三个。把公式变形:

F = ma

求力

a = F/m

求加速度

m = F/a

求质量

  1. m = 5 kg, F = 20 N, a = ?
  2. a = F/m

  3. a = 20/5 = 4 m/s²

  1. m = 1200 kg, a = 3 m/s², F = ?
  2. F = 1200 × 3 = 3600 N

要注意:牛顿第二定律中的 F 是合力——所有力的总和(要考虑方向)。如果摩擦力与推力方向相反,先把它减掉:F_net = F_applied − F_friction。

受力图题目——一步一步来

  1. F_net = 50 − 20 = 30 N (right)

  2. 30 = 10 × a

    a = 3 m/s² (to the right)


牛顿第三定律——作用与反作用

每一个作用都有一个大小相等、方向相反的反作用。当物体 A 对物体 B 施力时,物体 B 也对物体 A 施加一个大小相等、方向相反的力。

请注意:这两个力作用在不同的物体上。它们绝不会互相抵消(因为作用在不同的物体上)。

现实中的例子:

  • •走路:你的脚向后推地面;地面向前推你——正是这个向前的推力让你前进。
  • •火箭推进:火箭把尾气向下推;尾气把火箭向上推。
  • •游泳:你把水向后划;水把你向前推。
第三定律的力对总是同一种力(都是引力,或都是接触力,等等),并且作用在不同的物体上。一个常见的混淆:反作用力并不抵消作用力——它们作用在彼此分开的物体上。

重力与质量

很多学生在计算时把这两者混在一起。

性质质量重力
它是什么物质的多少作用在物体上的万有引力
单位kg牛顿(N)
在太空中会变吗?不会——到处都一样会——取决于重力加速度
公式—W = mg(地球上 g = 9.8 m/s²)
  1. W = 60 × 9.8 = 588 N


  • 第一定律:没有合力就没有运动状态的改变(静止或恒定速度)。
  • 第二定律:F = ma。是合力,不只是外加的力。
  • 第三定律:大小相等、方向相反的力——但作用在不同的物体上。
  • 重力(N)= 质量(kg)× g(9.8 m/s²)。
  • 每做一道力学题前先画受力图——这能避免正负号出错。

  1. 一本 3 kg 的书放在桌上。桌子给它的支持力是多少?(g = 9.8 m/s²)

    提示:书没有加速——用第一定律:N = W = mg。

  2. 一个 3 kg 的物体受到 15 N 的合力。它的加速度是多少?

    提示:用 a = F/m。

  3. 一个 70 kg 的人站在电梯里的体重计上,电梯以 2 m/s² 向上加速。体重计读数是多少?

    提示:合力 = ma;体重计读数为 N = m(g + a)。

  4. 球撞到墙上时,指出第三定律的力对。

    提示:球推墙;墙推球——大小相等,方向相反。

  5. 两个力作用在一个 4 kg 的箱子上:向右 30 N,向左 10 N。求加速度。

    提示:先算合力。

在牛顿定律之上继续搭建

这三条定律直接通向运动学公式、摩擦问题、斜面,最后到能量和动量。如果物理在你眼里是一堆彼此无关的公式,而不是一个连贯的故事,先从一次咨询开始,我们会从最底层把这条逻辑链搭起来。