對牛頓定律與力學(xué)問題綜合運(yùn)用的分析

李泓廷++夏運(yùn)貴

【摘要】在高中物理中，牛頓定律與力學(xué)問題的綜合運(yùn)用涉及的題目非常廣泛，基于此，本文首先敘述了牛頓定律和力學(xué)問題的主要內(nèi)容，并且闡述了二者之間的關(guān)系，然后結(jié)合實(shí)例分別對牛頓三個(gè)定律與力學(xué)問題的綜合運(yùn)用進(jìn)行仔細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】牛頓定律 力學(xué)問題 綜合運(yùn)用

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）21-0191-02

學(xué)習(xí)物理不光要對相關(guān)知識有所掌握，最重要的是能夠深入理解公式和定理，并將其運(yùn)用于實(shí)際解題中。牛頓定律主要闡述的就是力與運(yùn)動的關(guān)系，因此，將其與力學(xué)問題進(jìn)行綜合運(yùn)用就顯得尤為必要，下面對此展開分析。

一、牛頓定律與力學(xué)問題簡介

1.牛頓定律

牛頓定律是由艾薩克·牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提出的，其中包括三個(gè)定律，分別為牛頓第一定律、牛頓第二定律和牛頓第三定律。牛頓第一定律又叫慣性定律，說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因；牛頓第二定律說明了力與運(yùn)動的關(guān)系，提出了加速度的定義；牛頓第三定律揭示了作用力與反作用力之間的關(guān)系，指明兩個(gè)力是同一性質(zhì)的力。

2.力學(xué)問題

力學(xué)問題主要研究的是物體的受力，及其在力的作用下產(chǎn)生的形變和運(yùn)動，在解決力學(xué)問題時(shí)，首先需要明確研究對象，然后按照先場力后摩擦力的順序進(jìn)行受力分析。

3.牛頓定律與力學(xué)問題的關(guān)系

我們知道，力學(xué)問題與物體的運(yùn)動有很大的聯(lián)系，而牛頓運(yùn)動定律主要研究的就是力與運(yùn)動的關(guān)系，因此，運(yùn)用牛頓定律解決力學(xué)問題具有重要的意義。

二、牛頓定律與力學(xué)問題的綜合運(yùn)用

1.牛頓第一定律與力學(xué)問題的綜合運(yùn)用

在一些力學(xué)題目中，經(jīng)常會涉及到物體的平衡問題或者物體的勻速直線運(yùn)動問題，為此需要借助牛頓第一定律的理論對物體進(jìn)行受力分析并求出題目中未知的力。比如題目中已經(jīng)給出了物體受到的一些力，為了使物體在和外力的作用下保持平衡，求未知的力。對于這樣的題目，我們知道，物體保持平衡也就是說物體處于靜止或者勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，由牛頓第一定律可知，物體受到的外力之和為零，從而借助三角形定則或者平行四邊形就可以求得未知力的大小和方向。

2.牛頓第二定律與力學(xué)問題的綜合運(yùn)用

在運(yùn)用牛頓第二定律解決力學(xué)問題的過程中，首先要正確選擇參考系，然后對物體進(jìn)行受力分析，最后結(jié)合物體的運(yùn)動狀態(tài)采用加速度計(jì)算公式求相關(guān)的力，或者在已知力的條件下求物體的加速度進(jìn)而確定出物體的運(yùn)動狀態(tài)。

比如這道題：如圖1所示，質(zhì)量相等的兩個(gè)物體A、B之間用一根輕彈簧進(jìn)行連接，再用一根細(xì)線將整體懸掛在天花板上，此時(shí)整體處于靜止?fàn)顟B(tài)，求剪斷細(xì)線的瞬間物體的運(yùn)動狀態(tài)。

解題過程：首先，對物體進(jìn)行受力分析，B物體受到重力、彈簧向上的彈力，此時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力mg=F彈，A物體受到重力mg、彈簧向下的彈力F‘彈=F彈、細(xì)線對其產(chǎn)生的拉力T的作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此，T=2mg；剪斷細(xì)線的瞬間，彈簧并不會立即恢復(fù)原狀，因此，彈力不會立即發(fā)生變化，A受到的力為重力和彈簧向下的彈力，合外力為2mg，由牛頓第二定律可知，A的加速度為a==2g，B物體受到的力不發(fā)生改變，因此仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。

這道題是通過分析物體受力而確定物體的運(yùn)動狀態(tài)，下面再舉一個(gè)已知物體的運(yùn)動狀態(tài)分析其受力情況的例子。

如圖2所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m、2m、3m的三個(gè)木塊，其中質(zhì)量為2m和3m的木塊用不可伸長的輕繩相連接，輕繩能承受的最大拉力為T?，F(xiàn)用水平拉力F拉質(zhì)量為3m的木塊，使三個(gè)木塊一起以同一個(gè)加速度運(yùn)動，則以下說法正確的是（）

A.質(zhì)量為2m的木塊受到四個(gè)力的作用

B.當(dāng)F逐漸增大到T時(shí)，輕繩剛好被拉斷

C.當(dāng)F逐漸增大到1.5T時(shí)，輕繩還不會被拉斷

D.輕繩剛要被拉斷時(shí)，質(zhì)量為m和2m木塊間的摩擦力為

本題的答案為C選項(xiàng)，解題過程如下：

首先取整體為研究對象，對其受力分析，合外力僅由F提供，加速度為a=，因此，質(zhì)量為m和質(zhì)量為2m的木塊之間存在著摩擦力的作用，，因此質(zhì)量為2m的木塊受到重力、支持力、壓力、拉力以及摩擦力的作用，A選項(xiàng)錯誤；若輕繩被拉斷，則其拉力為T，取質(zhì)量為m和質(zhì)量為2m的木塊整體為研究對象，由牛頓第二定律可知其加速度為，再將三個(gè)木塊整體做為研究對象，進(jìn)行受力分析可得F=6，所以當(dāng)輕繩被拉斷時(shí)，F(xiàn)=2T，選項(xiàng)B錯誤，C正確；由之前的分析可知，輕繩剛要被拉斷時(shí)，而質(zhì)量為m的木塊僅受到摩擦力的作用，且，所以選項(xiàng)D錯誤。

通過對上述兩道題目進(jìn)行分析，可以看出牛頓第二定律在解決力學(xué)問題中應(yīng)用比較廣泛，核心是選取正確的研究對象，靈活運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算研究對象的和加速度或者某一方向上的加速度，從而達(dá)到巧妙解題的目的。牛頓第二定律不僅在直線運(yùn)動問題中有所運(yùn)用，在拋體和圓周等運(yùn)動中也對解題起到重要的作用，可以說，牛頓第二定律貫穿于整個(gè)高中物理的解題過程，深入熟練地掌握該定律有利于對物體的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行正確的分析。

3.牛頓第三定律與力學(xué)問題的綜合運(yùn)用

在運(yùn)用牛頓第三定律解題時(shí)需要注意的主要問題就是作用力和反作用力的同時(shí)性以及它與平衡力之間的差別，其在實(shí)際問題中的意義在于能夠根據(jù)一個(gè)物體的受力推測與該物體相關(guān)的其他物體的受力情況，從而準(zhǔn)確全面地對物體進(jìn)行受力分析。比如（二、2）中的第二道題，質(zhì)量為m的木塊對質(zhì)量為2m的木塊產(chǎn)生一個(gè)向下的壓力，同時(shí)，質(zhì)量為2m的木塊對質(zhì)量為m的木塊產(chǎn)生一個(gè)向上的支持力，二者大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，因此在對質(zhì)量為2m的木塊進(jìn)行受力分析的過程中就不容易將質(zhì)量為m的木塊對其產(chǎn)生的壓力忽略掉。

三、結(jié)語

綜上所述，牛頓定律在高中力學(xué)問題中發(fā)揮了重要的作用，學(xué)好牛頓定律是學(xué)好高中物理的必要前提和基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)過程中不僅要多做題，而且還要不斷地反思和總結(jié)，最終實(shí)現(xiàn)將牛頓定律靈活運(yùn)用于力學(xué)問題的目的。

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