“牛”犊儿扑蝴蝶——看着容易做着难——谈牛顿运动定律的理解和应用



“牛”犊儿扑蝴蝶——看着容易做着难
——谈牛顿运动定律的理解和应用

■张红水

在研究力和运动的关系的基础上，建立了牛顿运动定律。它是动力学的基础，是力学的基本规律，也是整个物理学重中之重的内容。纵观近年的高考考查内容，注重对牛顿运动定律尤其是牛顿第二定律的理解和应用，并能解决实际生产、生活和科学中的力学问题。与本章内容相关考题的知识覆盖面宽，如牛顿第二定律应用到圆周运动和天体运动,还经常与电学进行综合,特别是与电场、电磁感应现象的综合应用。旧题、常规题推出有新意，加强了信息图像题的考查。

虽然牛顿第二定律用的最多，大家最熟悉，表达式也很简单，但是这个公式还是有很多的内涵和外延的。

一、要注意牛顿第二定律的因果性

加速度a是外因F和内因m结合的结果。F是物体产生加速度的原因，而a是作用力产生的结果。

例1下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解，正确的是()。

A.由F=ma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比

解析：牛顿第二定律的表达式F=ma表明了各物理量之间的数量关系，即已知两个量，可求第三个量，但物体的质量是由物体本身决定的，与受力无关；作用在物体上的合力，是由和它相互作用的物体作用产生的，与物体的质量和加速度无关。排除A、B，应选C、D。

二、要注意牛顿第二定律的同体性

加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的，解题时一定要把研究对象确定好，把研究对象全过程的受力情况搞清楚。

值得提醒的是，在解决问题的时候一定要注意研究的对象，特别是在用整体法和隔离法解决问题的时候，同体性显得尤为重要。

三、要注意牛顿第二定律的矢量性

牛顿第二定律F=ma是矢量式，加速度的方向与物体所受合外力的方向相同。在解题时，可以利用正交分解法进行求解，也可以利用此种方法建立正交分解的坐标系。

图1

例2如图1示，一装满土豆的集装箱，在地面上以加速度a匀减速运动，则箱中一质量为m的土豆A受到其他土豆对它的作用力大小应该是()。

A.mgB.ma

解析：整体分析，a的方向水平向左。

隔离对土豆分析，土豆受重力、其他土豆对它的作用力，如图2所示。

图2

根据牛顿第二定律得F合=ma。

根据平行四边形定则，其他土豆对它的作用力为：

故选C。

四、要注意牛顿第二定律的独立性

当物体受到几个力的作用时，各力将独立地产生与其对应的加速度(力的独立作用原理)，而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果。哪个方向的力就产生哪个方向的加速度。

图3

解析：对人受力分析，他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用，如图3所示。取水平向右为x轴正向，竖直向上为y轴正向，此时只需分解加速度，据牛顿第二定律可得：Ff=macos 30°,FN-mg=masin 30°。

五、要注意牛顿第二定律的相对性

在公式F=ma中，a是相对惯性参考系而言的。换言之，对于一个非惯性参考系而言，牛顿定律是不成立的，如果要想牛顿定律在非惯性参考系中成立，必须人为地给它加上一个非惯性力才成立。

六、要注意牛顿第二定律的局限性

适用于惯性参考系(即所选参照物必须是静止或匀速直线运动的,一般取地面为参考系)；只适用于宏观、低速运动情况，不适用于微观、高速运动情况。

七、要注意牛顿第二定律的拓展性

当系统中两个物体的运动状态不一致的时候，牛顿定律有时也是可以应用的。

作者单位：安徽省宣城中学