淺談牛頓第二定律的應用

王飛洋

摘 要：牛頓第二定律是經典力學的三個組成部分之一，其闡釋了加速度、物體質量、作用之間關系等相關內容，在學習、教學、實際生活、工程建設等各方面均有應用?；诖?，本文以牛頓第二定律的基本內容作為切入點，分析其應用，并給出各類應用的具體內容，以期明確相關情況，完善對應理論，并為后續工作的進一步優化提供一定的支持。

關鍵詞：牛頓第二定律；教學應用；學習應用

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

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，結合牛頓本人的理論以及學術界的討論結果，其核心表述為：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質量成反比，且與物體質量的倒數成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。1687年，牛頓在反復實驗的基礎上最終得出該結論，并在《自然哲學的數學原理》一書中正式進行了發表。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成了牛頓經典力學定律體系，其后所有的力學研究結果或多或少均于牛頓的理論產生關聯。

2 牛頓第二定律在教學中的應用

2.1 應用原則

牛頓的三大定律均可以獨立作為一個研究系統，但在物理學的研究和教學活動中，相關知識內容存在顯著的關聯性，如加速度理論必然與牛頓第二定律產生關聯性，而勻速運動也與加速度、牛頓第一運動定律存在一定聯系，在教學中應用牛頓第二定律，基本原則是保持相關知識的內在關聯性。

2.2 應用實例

牛頓第二定律在教學中的具體應用，主要是通過理論的講解使學生牢固掌握，并了解外聯內容。應用時，首選要設定教學目標，之后把控重點內容，使用恰當的方式完成教學。以教學目標的設定為例，就牛頓第二定律本身而言，其教學目標應至少包括四項內容，即理解牛頓第二定律的內涵和外延；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）；要求學生能夠理解加速度和力的關系，以及加速度和物體質量的關系；最后要求學生能夠應用牛頓第二定律解答實際習題。在整個教學活動中，牛頓第二定律的講解、理解到應用貫穿始終。

3 牛頓第二定律在學習中的應用

3.1 應用原則

在高中生的學習中，牛頓第二定律十分重要，其是進行后續物理學力學內容學習的基礎，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習內容、習題的多變性，在應用牛頓第二定律進行學習時，原則包括牢固掌握其基本知識和內涵，并能夠靈活進行運用。尤其是在解題時，面對雜糅的知識內容，要求學生能夠分辨、甄別，并尋找突破口[1]。

3.2 應用實例

就學生學習方面而言，牛頓第二定律的應用可以籠統的分為解題應用和進一步學習應用兩個方面，限于篇幅，本節就解題應用進行簡述。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狀態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，跟物體的質量成反比，且與物體質量的倒數成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。題目中沒有涉及到質量，由于物體為同一物體，可以不考慮質量變化，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，導致物體停止。此過程中，加速度由于物理質量而增大，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用

實際生活中，力學的應用十分常見，其中牛頓第二定律常用于重物搬運等作業。比如景區的纜車，觀察纜車的運動軌跡，可以發現其從一段達到另一端時，路線并不是一條規整的直線，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]。景區會根據這些情況，設計纜車系統。根據牛頓第二定律，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影響下越來越快，景區往往將兩端設計的較高，以免纜車在加速度影響下快速達到另一端，出現撞擊的情況。這是牛頓第二定律在生活中的應用情況之一。

5 總結

通過分析牛頓第二定律的應用，了解了相關基本內容。目前來看，由于牛頓第二定律闡釋了力學運動的基本原則，其在教學以及其他各領域都有一定的應用。本文結合牛頓第二定律在教學、學習、生活三個方面的應用給出了分析內容。后續工作中，可以綜合考慮具體環境對牛頓第二定律進行應用，以更好的完成對應工作。

參考文獻

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

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