定稿谈牛顿第二定律的五个特性

1、谈牛顿第二定律的五个特性天津市滨海新区汉沽第一中学(300480)史玉林牛顿第二定律确定了运动和力的关系，是连接运动学和动力学的核心公式。它阐明了物体的加速度、质屋和所受合外力三者之间的定屋关系，是在实验的基础上建立起来的重要定律，其公式是F店ma。对于它的正确理解非常重要，为此本文讨论了牛顿第二定律的五个特性。一、矢量性由于加速度a和合外力F都是矢量，故牛顿第二定律的表达式F合=ma是个矢量式，任何时刻加速度a的方向均与合外力F的方向一致，当合外力方向变化时，加速度a的方向同时变化，即a和F合的方向在任何时刻均相同，而物体的速度方向与合外力方向之间则并无这种对应关系。图1【例1】如右图1所示

2、，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块:木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上。若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为()加速下降B.加速上升C.减速上升D.减速下降解析：根据题意分析物块的受力情况：木箱静止时物块对箱顶有压力，则物块受到箱顶向下的压力；当物块对箱顶刚好无压力时，表明系统有向上的加速度。由牛顿第二定律可知，物块必定具有向上的加速度，物块与木箱相对静止，故木箱町能做向上加速或向卜减速运动,所以选项BD正确。点评：由牛顿第二定律町知，加速度的方向与物体所受合外力的方向相同。二、瞬时性当物体所受到的合外力Fa发生变化时，加速度a也随之发

3、生变化，它们二者之河是同时产生、同时变化、同时消失的瞬时对应关系。【例2】如右图2所示，一质量为m的物体系于长度分别为场、“的两根细线上，L的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为8，D水平拉直，物体处于平衡状态。现将L?线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。解析：对物体进行受力分析如右图3所示，由于物体初始状态处于平衡状态，故F2的人小应为Fi和G二力的合力人小；当剪断“时，剪断绳子瞬间物体所受力应为巧和G的合力，此力与F?大小相等，方向相反。根据几何知识，可知：ma=mgtan0故物体此时的加速度为a=gtan0点评：本题考查的是在剪断5绳子的瞬间，小球的位置没有发生变化，但是小球的受力发生显著的

4、变化，绳子L】的拉力作用珀和重力G的合力人小为原来力F2的人小，但方向为F?的反方向。所以解决问题的关键是要分析清楚系统处于平衡状态卜的受力情况，这个可为分析清楚剪断绳子后，物体所受合力打卜坚实的基础。三、同体性运用牛顿第二定律做题时，必须明确研究对象是哪一个物体，而且公式F,a中各物理量都是对同一物体而言的。【例3】一人在井下站在吊台上，如图4所示的定滑轮装置拉绳把吊台和自己提升上来。图中跨过滑轮的两段绳都认为是竖直的且不计摩擦。吊台的质量m=l5kg,人的质量为M=55kg,起动时吊台向上的加速度是a=0.2m/s求这时人对吊台的压力。(g=9.8m/s2)解析：这个人受到重力、支持力和绳

5、子向上的拉力，但是只分析这个人不能计算出来这道题的答案，这时需要转换对彖分析，切记在转换对象过程中F合、m和a的同体性。设这个人受到绳子的拉力为F,由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等，吊椅受到绳子的拉力也是F，对这个人和吊椅整体进行受力分析，则有：2F-(M+m)g=(M+m)a解得：F=350N由牛顿第三定律知，这个人竖直向下拉绳的力为350N。(2)设吊椅对这个人的支持力为甩对这个人进行受力分析，如图5所示，则有：F+Fn-Mg二Ma解得：应二200N由牛顿第三定律知，该人对吊椅的压力也为200No点评：本题着重考查学生运用牛顿第二定律时的同体性。解题时要运用整体法和隔离法灵活地选取研究对彖

6、：通常是先整体法后隔离法，由整体法求加速度，再由隔离法求物体间的相互作用力。四、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)，而物体表现岀来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果。那个方向的力就产生那个方向的加速度。【例4】如图6所示，一个劈形物体M放在固定的斜面上，上表面水平，在水平面上放有光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()沿斜面向下的直线B.抛物线C.竖直向下的直线D.无规则的曲线。解析：由于小球表面光滑，故在水平方向上不受外力的作用，且小球初速度为零。而在竖直向上的方向上受到自身重力作用和劈形物体向上的支

7、持力作用，故此在竖直方向上有力的作用，且不为零，所以物体做竖直向下的直线运动。所以选项C正确。点评：当一个物体受到多个力的作用时，则这些力会对该物体分别产生各自的加速度。一般采用建立平面直角坐标系的方法，分别在x轴和y轴上讨论其加速度。五、因果性物体的加速度是由所受的合外力产生的，而不是加速度产生力，所以只能说物体的加速度与物体的合外力F成正比。F【例5】关于牛顿第二定律F-ma和变形公式a-,下列说法中正确的是()mA.物体的加速度与物体的任何一个力成正比，与物体的质量成反比B物体的加速度与物体受到的合力成正比，与物体的质量成反比C.物体的质量与物体受到的合力成正比，与物体的加速度成反比参考

8、答案：1A2C3.C4.B5.DD.物体的质量与物体受到的合力及物体的加速度无关解析：牛顿第二定律表达式中的F指的是物体所受的合力，A错；由牛顿第二定律的内容可判断出，B对；对于给定的物体，其质量是不变的，合力变化时，物体的加速度成正比变化，合力与加速度的比值不变，C错；D对。所以正确选项为BD。点评：不能把物理公式完全数学化。有的表达式包含有特定的物理意义，不能用数学上简单的正比或反比关系去理解。针对性练习：图7如图7所示，物体B放在物体A上，A、B的上下表面均与斜面平行，当两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面C向上做匀减速运动时（）A、B之间的摩擦力为零。A受到B的摩擦力沿斜面方向向下。

9、A受到B的摩擦力沿斜面方向向上。A、B之间是否存在摩擦力取决于A、B表面的性质。如图8所示，质量为加的小球用水平弹簧系住，并用倾角为30的光滑木板曲托住，小球恰好处于静止状态.当木板曲突然向下撤离的瞬间，小球的加速度为（）0H大小为半g,方向竖直向下c.人小为芈，方向垂直于木板向下聶D.大小为芈g,方向水平向右如图9所示，质量为m的三角形木楔A置于倾角为8的固定斜面上，它与斜面间的动摩擦因数为一水平力F作用在木楔A的竖直平面上，在力F的推动下，木楔A沿斜面以恒定的加速度a向上滑动，则F的人小为（）ma+g(sm&+“cos)XA.COS&ma+g(sin+/cos刖Em(a-gsi询cos&+“sin0Dma+g(sin&+“coscos&+“sm&在水平光滑直轨上停着两个质量相同的车厢，在一个车厢内有一人，并拉着绳子使两车厢靠拢.不计绳子的质量，判断有人的那节车厢的方法是（）A根据绳子哪一头的拉力人小，拉力人的一端车厢里有人.根据车厢运动的快慢，运动得慢的车厢里有人根据车厢运动的先后，先运动的车厢里有人D根据车厢运动的快