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——談牛頓運動定律的理解和應(yīng)用

■張紅水

在研究力和運動的關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了牛頓運動定律。它是動力學(xué)的基礎(chǔ)，是力學(xué)的基本規(guī)律，也是整個物理學(xué)重中之重的內(nèi)容。縱觀近年的高考考查內(nèi)容，注重對牛頓運動定律尤其是牛頓第二定律的理解和應(yīng)用，并能解決實際生產(chǎn)、生活和科學(xué)中的力學(xué)問題。與本章內(nèi)容相關(guān)考題的知識覆蓋面寬，如牛頓第二定律應(yīng)用到圓周運動和天體運動,還經(jīng)常與電學(xué)進行綜合,特別是與電場、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的綜合應(yīng)用。舊題、常規(guī)題推出有新意，加強了信息圖像題的考查。

雖然牛頓第二定律用的最多，大家最熟悉，表達式也很簡單，但是這個公式還是有很多的內(nèi)涵和外延的。

一、要注意牛頓第二定律的因果性

加速度a是外因F和內(nèi)因m結(jié)合的結(jié)果。F是物體產(chǎn)生加速度的原因，而a是作用力產(chǎn)生的結(jié)果。

例1下列對牛頓第二定律的表達式F=ma及其變形公式的理解，正確的是()。

A.由F=ma可知，物體所受的合力與物體的質(zhì)量成正比，與物體的加速度成反比

解析：牛頓第二定律的表達式F=ma表明了各物理量之間的數(shù)量關(guān)系，即已知兩個量，可求第三個量，但物體的質(zhì)量是由物體本身決定的，與受力無關(guān)；作用在物體上的合力，是由和它相互作用的物體作用產(chǎn)生的，與物體的質(zhì)量和加速度無關(guān)。排除A、B，應(yīng)選C、D。

二、要注意牛頓第二定律的同體性

加速度和合外力(還有質(zhì)量)是同屬一個物體的，解題時一定要把研究對象確定好，把研究對象全過程的受力情況搞清楚。

值得提醒的是，在解決問題的時候一定要注意研究的對象，特別是在用整體法和隔離法解決問題的時候，同體性顯得尤為重要。

三、要注意牛頓第二定律的矢量性

牛頓第二定律F=ma是矢量式，加速度的方向與物體所受合外力的方向相同。在解題時，可以利用正交分解法進行求解，也可以利用此種方法建立正交分解的坐標(biāo)系。

圖1

例2如圖1示，一裝滿土豆的集裝箱，在地面上以加速度a勻減速運動，則箱中一質(zhì)量為m的土豆A受到其他土豆對它的作用力大小應(yīng)該是()。

A.mgB.ma

解析：整體分析，a的方向水平向左。

隔離對土豆分析，土豆受重力、其他土豆對它的作用力，如圖2所示。

圖2

根據(jù)牛頓第二定律得F合=ma。

根據(jù)平行四邊形定則，其他土豆對它的作用力為：

故選C。

四、要注意牛頓第二定律的獨立性

當(dāng)物體受到幾個力的作用時，各力將獨立地產(chǎn)生與其對應(yīng)的加速度(力的獨立作用原理)，而物體表現(xiàn)出來的實際加速度是物體所受各力產(chǎn)生加速度疊加的結(jié)果。哪個方向的力就產(chǎn)生哪個方向的加速度。

圖3

解析：對人受力分析，他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用，如圖3所示。取水平向右為x軸正向，豎直向上為y軸正向，此時只需分解加速度，據(jù)牛頓第二定律可得：Ff=macos 30°,FN-mg=masin 30°。

五、要注意牛頓第二定律的相對性

在公式F=ma中，a是相對慣性參考系而言的。換言之，對于一個非慣性參考系而言，牛頓定律是不成立的，如果要想牛頓定律在非慣性參考系中成立，必須人為地給它加上一個非慣性力才成立。

六、要注意牛頓第二定律的局限性

適用于慣性參考系(即所選參照物必須是靜止或勻速直線運動的,一般取地面為參考系)；只適用于宏觀、低速運動情況，不適用于微觀、高速運動情況。

七、要注意牛頓第二定律的拓展性

當(dāng)系統(tǒng)中兩個物體的運動狀態(tài)不一致的時候，牛頓定律有時也是可以應(yīng)用的。

作者單位：安徽省宣城中學(xué)