“牛”犢兒撲蝴蝶——看著容易做著難——談牛頓運動定律的理解和應用

?

“牛”犢兒撲蝴蝶——看著容易做著難
——談牛頓運動定律的理解和應用

■張紅水

在研究力和運動的關系的基礎上，建立了牛頓運動定律。它是動力學的基礎，是力學的基本規律，也是整個物理學重中之重的內容。縱觀近年的高考考查內容，注重對牛頓運動定律尤其是牛頓第二定律的理解和應用，并能解決實際生產、生活和科學中的力學問題。與本章內容相關考題的知識覆蓋面寬，如牛頓第二定律應用到圓周運動和天體運動,還經常與電學進行綜合,特別是與電場、電磁感應現象的綜合應用。舊題、常規題推出有新意，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和內因m結合的結果。F是物體產生加速度的原因，而a是作用力產生的結果。

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量關系，即已知兩個量，可求第三個量，但物體的質量是由物體本身決定的，與受力無關；作用在物體上的合力，是由和它相互作用的物體作用產生的，與物體的質量和加速度無關。排除A、B，應選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，則箱中一質量為m的土豆A受到其他土豆對它的作用力大小應該是()。

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

根據牛頓第二定律得F合=ma。

根據平行四邊形定則，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

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

當系統中兩個物體的運動狀態不一致的時候，牛頓定律有時也是可以應用的。

作者單位：安徽省宣城中學