论文部分内容阅读
摘 要：牛顿第二定律是力学的基础，也是后续章节和高考的热点，对初学者来说，往往只是记住了牛顿第二定律的表达式和内容，学生掌握其内容实质有时不到位，使在应用时总感到困难或出错。要准确地理解牛顿第二定律的内容，应该把握其六种性质，即条件性、矢量性、比例性、独立性、同时性、突变性。
关键词：牛顿第二定律；条件性；矢量性；比例性；独立性；同时性；突变性
一、条件性
任何物理定律都有其适用条件，这是我们学习定律时的一个重要方面。对于牛顿第二定律，其适用条件是：“宏观，低速”。即只有运动速度远小于光速的宏观物体，才能用牛顿第二定律来研究。当物体运动速度与光速在数量级上比较接近时，或者我们的研究对象属于微观粒子时，用牛顿第二定律计算的结果都会出现与事实的较大偏差。
在运用牛顿第二定律[F=ma]时，各物理量都必须采用国际单位制的单位，这也是每个同学都必须牢记的。
二、矢量性
表达牛顿第二定律的方程[F=ma]是一个矢量方程，它具有这样的含义：物体运动的加速度的方向与物体所受合外力的方向在任意时刻都是相同的。这一方向关系在解答有关问题时非常有用，但部分同学不会用或者根本就不知道用这一关系解答问题。比如以下问题：如图一所示，小车上固定一弯折硬杆ABC，C端固定一质量为[m]的小球，已知α角恒定，当小车水平向左做变加速运动时，BC杆对小球的作用力的方向是：
A.一定沿杆向上。
B.一定竖直向上。
C.可能水平向左。
D.随加速度的数值的改变而改变。
解答本题时，如果注意到系统的加速度方向水平向左，则根据牛顿第二定律的矢量性，小球所受重力与BC杆对小球的作用力的合力方向必定水平向左，可画出小球的受力示意图如图二所示。由图知，BC杆对小球的作用力的方向与水平方向的夹角为：[θ=artanmg/ma=artang/a]。所以，当小球向左做变加速运动时，BC杆对小球的作用力的方向随加速度的数值的改变而改变。
如果对牛顿第二定律的矢量性运用熟练的话，本题是一个比较简单的问题，但一部分同学却不知如何作答，想当然的认为BC杆对小球的作用力沿杆方向。
三、比例性
在高中物理课中，牛顿第二定律是通过控制变量法，用两个实验结论综合之后得到的。这两个实验结论是：当物体的质量不变时，物体运动的加速度与物体所受合外力成正比；当物体所受合外力不变时，物体的加速度与物体的质量成反比。将这两个比例关系灵活的运用于解答问题，可使一些问题的解答变得简单。例如：如果一物体受100N的作用力时产生2.5[ m/s2]的加速度，该物体受80N的力作用力时产生的加速度是多大？
对于这一问题的解答，采用比例关系非常简单：
但有些学生却要用[F1=ma1]先求物体的质量，然后再用[F2=ma2]求[a2]，这反映了这些学生对牛顿第二定律的比例关系运用的灵活性不够。
四、独立性
牛顿第二定律的独立性的成立基于力的独立作用原理。就是说：物体在任一方向的加速度与物体在这一方向上受到的外力的合力成正比，而与其它方向的力无关。牛顿第二定律的这一性质是正交分解法解题的理论基础。
五、同体性
牛顿第二定律关系式：[F合=ma]中的三个物理量是对同一物体或同一系统而言的，分析物体受力情况和认定加速度时切不可张冠李戴。例：如下图所示，质量为2m的物体A与水平地面的摩擦可忽略不计，质量为m的物块B与地面间的动摩擦因数为μ，在已知水平推力F作用下，AB一起做加速运动，A和B间的作用力为____。
点拨：求解此类问题需灵活运用整体法和隔离法，本题应特别注意作用在物体A上的力F与A和B间的作用力[FAB]是两个不同的力，它们的作用对象不同产生的作用效果也不同。
六、突变性
我们说某一量具有突变性，是说这一量可以在一瞬间产生一变化量而不需要时间的积累。由于力的变化由施力物体决定，它可以在瞬间产生很大的变化，即力具有突变性。根据牛顿第二定律的同时性可知，加速度也具有与力相同的突变性。
在教學中我们发现，学生在运用牛顿第二定律解答问题时出现的思维障碍，多数都与不能正确理解或不会运用牛顿第二定律的以上六个方面的性质有关。所以，我们在教学中要向学生讲清楚以上六个方面的内容，让学生对六个方面的性质引起足够的重视，并在不断的练习中熟练它们的运用。
关键词：牛顿第二定律；条件性；矢量性；比例性；独立性；同时性；突变性
一、条件性
任何物理定律都有其适用条件，这是我们学习定律时的一个重要方面。对于牛顿第二定律，其适用条件是：“宏观，低速”。即只有运动速度远小于光速的宏观物体，才能用牛顿第二定律来研究。当物体运动速度与光速在数量级上比较接近时，或者我们的研究对象属于微观粒子时，用牛顿第二定律计算的结果都会出现与事实的较大偏差。
在运用牛顿第二定律[F=ma]时，各物理量都必须采用国际单位制的单位，这也是每个同学都必须牢记的。
二、矢量性
表达牛顿第二定律的方程[F=ma]是一个矢量方程，它具有这样的含义：物体运动的加速度的方向与物体所受合外力的方向在任意时刻都是相同的。这一方向关系在解答有关问题时非常有用，但部分同学不会用或者根本就不知道用这一关系解答问题。比如以下问题：如图一所示，小车上固定一弯折硬杆ABC，C端固定一质量为[m]的小球，已知α角恒定，当小车水平向左做变加速运动时，BC杆对小球的作用力的方向是：
A.一定沿杆向上。
B.一定竖直向上。
C.可能水平向左。
D.随加速度的数值的改变而改变。
解答本题时，如果注意到系统的加速度方向水平向左，则根据牛顿第二定律的矢量性，小球所受重力与BC杆对小球的作用力的合力方向必定水平向左，可画出小球的受力示意图如图二所示。由图知，BC杆对小球的作用力的方向与水平方向的夹角为：[θ=artanmg/ma=artang/a]。所以，当小球向左做变加速运动时，BC杆对小球的作用力的方向随加速度的数值的改变而改变。
如果对牛顿第二定律的矢量性运用熟练的话，本题是一个比较简单的问题，但一部分同学却不知如何作答，想当然的认为BC杆对小球的作用力沿杆方向。
三、比例性
在高中物理课中，牛顿第二定律是通过控制变量法，用两个实验结论综合之后得到的。这两个实验结论是：当物体的质量不变时，物体运动的加速度与物体所受合外力成正比；当物体所受合外力不变时，物体的加速度与物体的质量成反比。将这两个比例关系灵活的运用于解答问题，可使一些问题的解答变得简单。例如：如果一物体受100N的作用力时产生2.5[ m/s2]的加速度，该物体受80N的力作用力时产生的加速度是多大？
对于这一问题的解答，采用比例关系非常简单：
但有些学生却要用[F1=ma1]先求物体的质量，然后再用[F2=ma2]求[a2]，这反映了这些学生对牛顿第二定律的比例关系运用的灵活性不够。
四、独立性
牛顿第二定律的独立性的成立基于力的独立作用原理。就是说：物体在任一方向的加速度与物体在这一方向上受到的外力的合力成正比，而与其它方向的力无关。牛顿第二定律的这一性质是正交分解法解题的理论基础。
五、同体性
牛顿第二定律关系式：[F合=ma]中的三个物理量是对同一物体或同一系统而言的，分析物体受力情况和认定加速度时切不可张冠李戴。例：如下图所示，质量为2m的物体A与水平地面的摩擦可忽略不计，质量为m的物块B与地面间的动摩擦因数为μ，在已知水平推力F作用下，AB一起做加速运动，A和B间的作用力为____。
点拨：求解此类问题需灵活运用整体法和隔离法，本题应特别注意作用在物体A上的力F与A和B间的作用力[FAB]是两个不同的力，它们的作用对象不同产生的作用效果也不同。
六、突变性
我们说某一量具有突变性，是说这一量可以在一瞬间产生一变化量而不需要时间的积累。由于力的变化由施力物体决定，它可以在瞬间产生很大的变化，即力具有突变性。根据牛顿第二定律的同时性可知，加速度也具有与力相同的突变性。
在教學中我们发现，学生在运用牛顿第二定律解答问题时出现的思维障碍，多数都与不能正确理解或不会运用牛顿第二定律的以上六个方面的性质有关。所以，我们在教学中要向学生讲清楚以上六个方面的内容，让学生对六个方面的性质引起足够的重视，并在不断的练习中熟练它们的运用。