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        淺談牛頓第二定律的應(yīng)用

        2017-11-28 13:52:08王飛洋
        卷宗 2017年32期
        關(guān)鍵詞:牛頓第二定律教學(xué)應(yīng)用

        王飛洋

        摘 要:牛頓第二定律是經(jīng)典力學(xué)的三個組成部分之一,其闡釋了加速度、物體質(zhì)量、作用之間關(guān)系等相關(guān)內(nèi)容,在學(xué)習(xí)、教學(xué)、實際生活、工程建設(shè)等各方面均有應(yīng)用?;诖?,本文以牛頓第二定律的基本內(nèi)容作為切入點,分析其應(yīng)用,并給出各類應(yīng)用的具體內(nèi)容,以期明確相關(guān)情況,完善對應(yīng)理論,并為后續(xù)工作的進一步優(yōu)化提供一定的支持。

        關(guān)鍵詞:牛頓第二定律;教學(xué)應(yīng)用;學(xué)習(xí)應(yīng)用

        牛頓第二定律和第一、第三定律共同構(gòu)成了牛頓運動定律,可以認為是經(jīng)典力學(xué)的精華部分之一,也是最基本的運動規(guī)律。1687年,英國科學(xué)家牛頓提出了該定律,在其后300多年里,經(jīng)過歷代科學(xué)家的論證,該定律被證實并應(yīng)用在了各領(lǐng)域中。對牛頓第二定律的應(yīng)用進行分析,有利于進一步了解其內(nèi)容,并為后續(xù)工作的完善提供一定的基礎(chǔ)。

        1 牛頓第二定律

        牛頓第二定律,也被稱為牛頓第二運動定律,結(jié)合牛頓本人的理論以及學(xué)術(shù)界的討論結(jié)果,其核心表述為:物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。1687年,牛頓在反復(fù)實驗的基礎(chǔ)上最終得出該結(jié)論,并在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中正式進行了發(fā)表。該理論的價值在于,其與牛頓第一定律和牛頓第三定律共同構(gòu)成了牛頓經(jīng)典力學(xué)定律體系,其后所有的力學(xué)研究結(jié)果或多或少均于牛頓的理論產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

        2 牛頓第二定律在教學(xué)中的應(yīng)用

        2.1 應(yīng)用原則

        牛頓的三大定律均可以獨立作為一個研究系統(tǒng),但在物理學(xué)的研究和教學(xué)活動中,相關(guān)知識內(nèi)容存在顯著的關(guān)聯(lián)性,如加速度理論必然與牛頓第二定律產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性,而勻速運動也與加速度、牛頓第一運動定律存在一定聯(lián)系,在教學(xué)中應(yīng)用牛頓第二定律,基本原則是保持相關(guān)知識的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。

        2.2 應(yīng)用實例

        牛頓第二定律在教學(xué)中的具體應(yīng)用,主要是通過理論的講解使學(xué)生牢固掌握,并了解外聯(lián)內(nèi)容。應(yīng)用時,首選要設(shè)定教學(xué)目標,之后把控重點內(nèi)容,使用恰當(dāng)?shù)姆绞酵瓿山虒W(xué)。以教學(xué)目標的設(shè)定為例,就牛頓第二定律本身而言,其教學(xué)目標應(yīng)至少包括四項內(nèi)容,即理解牛頓第二定律的內(nèi)涵和外延;通過理論講解和試驗得出牛頓第二定律基本表達式F=kma(k=1);要求學(xué)生能夠理解加速度和力的關(guān)系,以及加速度和物體質(zhì)量的關(guān)系;最后要求學(xué)生能夠應(yīng)用牛頓第二定律解答實際習(xí)題。在整個教學(xué)活動中,牛頓第二定律的講解、理解到應(yīng)用貫穿始終。

        3 牛頓第二定律在學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

        3.1 應(yīng)用原則

        在高中生的學(xué)習(xí)中,牛頓第二定律十分重要,其是進行后續(xù)物理學(xué)力學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),也是進行更高等級研究必須具備的能力。鑒于牛頓第二定律本身原理的固定性和物理學(xué)習(xí)內(nèi)容、習(xí)題的多變性,在應(yīng)用牛頓第二定律進行學(xué)習(xí)時,原則包括牢固掌握其基本知識和內(nèi)涵,并能夠靈活進行運用。尤其是在解題時,面對雜糅的知識內(nèi)容,要求學(xué)生能夠分辨、甄別,并尋找突破口[1]。

        3.2 應(yīng)用實例

        就學(xué)生學(xué)習(xí)方面而言,牛頓第二定律的應(yīng)用可以籠統(tǒng)的分為解題應(yīng)用和進一步學(xué)習(xí)應(yīng)用兩個方面,限于篇幅,本節(jié)就解題應(yīng)用進行簡述。問題如下:圖1所示,在水平推力作用下,物體在粗糙水平面上由靜止?fàn)顟B(tài)開始做勻加速直線運動,一段時間后,緩緩將推力減少,直到消失,在水平推力變化的過程中,物體的加速度和速度會怎樣變化:

        A.加速度逐漸減小,速度逐漸增大

        B.加速度逐漸減小,速度逐漸減小

        C.加速度先減小后增大,速度先增大后減小

        D.加速度先增大后減小,速度先增大后減小

        應(yīng)用牛頓第二定律,可知物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。題目中沒有涉及到質(zhì)量,由于物體為同一物體,可以不考慮質(zhì)量變化,但水平面為粗糙面,因此存在摩擦力,但水平推力減小,摩擦力會漸漸作用,導(dǎo)致物體停止。此過程中,加速度由于物理質(zhì)量而增大,而水平推力消失后,物體在重力和加速度作用下還會移動一小段距離,整體速度先增大后減小,因此題目答案為C。

        4 牛頓第二定律在生活中的應(yīng)用

        實際生活中,力學(xué)的應(yīng)用十分常見,其中牛頓第二定律常用于重物搬運等作業(yè)。比如景區(qū)的纜車,觀察纜車的運動軌跡,可以發(fā)現(xiàn)其從一段達到另一端時,路線并不是一條規(guī)整的直線,由于纜車本身存在自重,其重力作用下,吊索會出現(xiàn)彎曲,因此纜車的運動軌跡實際上是一條弧線,載客量不同的纜車,行進速度也有所差別[2]。景區(qū)會根據(jù)這些情況,設(shè)計纜車系統(tǒng)。根據(jù)牛頓第二定律,由于作用力與物體行進路線相同,纜車速度會在作用下持續(xù)影響下越來越快,景區(qū)往往將兩端設(shè)計的較高,以免纜車在加速度影響下快速達到另一端,出現(xiàn)撞擊的情況。這是牛頓第二定律在生活中的應(yīng)用情況之一。

        5 總結(jié)

        通過分析牛頓第二定律的應(yīng)用,了解了相關(guān)基本內(nèi)容。目前來看,由于牛頓第二定律闡釋了力學(xué)運動的基本原則,其在教學(xué)以及其他各領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用。本文結(jié)合牛頓第二定律在教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活三個方面的應(yīng)用給出了分析內(nèi)容。后續(xù)工作中,可以綜合考慮具體環(huán)境對牛頓第二定律進行應(yīng)用,以更好的完成對應(yīng)工作。

        參考文獻

        [1]吳燕華,朱月芽. 不同實驗教學(xué)方法的探討——初探用不同的實驗方法來提升牛頓第二定律教學(xué)的課堂效率[J]. 教育教學(xué)論壇,2013,(04):257-259.

        [2]許陵,施莉莉. 基于無線模塊和Visual Basic的仿真演示實驗設(shè)計——以牛頓第二定律實驗為例[J]. 泉州師范學(xué)院學(xué)報,2013,31(02):57-60+69.endprint

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