物理教学案例：牛顿第二定律的应用

一、基础知识

(一)牛顿第二定律的内容

物体加速的程度与其承受的总外力的大小直接相关，与其自身的重量成反比，加速的方向与总外力的方向一致。

2.公式：F=ma。

(二)对牛顿第二定律的理解

瞬息万变，牛顿第二运动法则揭示，外力作用即刻引发物体运动状态的转变，加速度的显现与消失，总与合外力的出现和消逝同步，且两者变化步调一致，因此该法则能够有效分析物体在特定瞬间或特定地点时，作用力与运动加速度的相互关联。

力的作用具有方向性，加速度同样具备方向特征，物体加速运动的方向与其承受的合力指向一致。根据牛顿第二运动原理，可以用数学公式来描述这种关系。

等号既指代两边数值相同，也表明方向相同，3.各个力对物体作用时，会分别引发对应的加速度，遵循力的独立作用原理，而物体最终显现的加速度，是所有受力产生的加速度合并的结果，即

同一个物体或同一个系统决定了合外力F、质量m、加速度a必须相互关联；加速度a的测量基准需要与惯性参考系一致，通常以地面为参照。

(三)牛顿第二定律适用范围

牛顿第二定律仅适用于惯性参考系，即那些相对地面保持静止状态，或进行匀速直线运动的参考系。

牛顿第二定律仅适用于大型物体，不包括分子和原子等微小粒子，且只适用于速度较慢的运动，远低于光速。

(四)应用牛顿第二定律的解题步骤

确定考察目标，依照任务要求与解决方法的便利性，挑选出需要分析的个体。

研究物体承受的力以及它的活动状态，绘制出力的分解图，清楚了解物体运动的特点和活动步骤。

选定一个前进方向，或者设立一个坐标系，一般将加速度的走向作为正方向，或者让加速度的走向成为某个坐标轴的正方向。

4.求合外力

。 5.根据牛顿第二定律

列方程求解，必要时还要对结果进行讨论。

二、题型分析

(一)两类动力学问题

确定物体承受的力之后，可以计算出物体承受的合力，接着使用牛顿第二定律F=ma，可以求出物体的加速度，然后依据初始条件，通过运动学公式，可以得出物体的运动状态，包括物体的速度、位移或运动时长。

通过分析物体的运动状态，可以运用运动学原理计算出它的加速度，接着借助牛顿第二定律，便能确定物体承受的合力，由此还可以推算出其他未知的力。

支架安装在放置在水平地面上的小车上，细线一端连接着质量为m的小球，另一端固定在支架上，当小车向左直线运动时，细线与垂直方向的夹角为

，那个时候，质量为M的A物体被安放在小车上，并且与小车之间没有相对运动，根据图示，那么A物体所承受的摩擦力具体有多大，以及它的方向是怎样的呢？

A.

开元ky888棋牌官方版，向左 B.

，向右 C.

，向右 D.

，向左

【答案】B;

【解析】小球跟物体A对于车辆来说都不发生位移，二者加速度一致。明白两者间角度为θ，便能用牛顿第二定律推算出小球获得的加速度，接着对物体A进行考察，借助牛顿第二定律确定摩擦力的大小以及作用方位。

以小球为研究对象，根据牛顿第二定律，得mgtanθ=ma得

以A物体为研究对象f=Ma=Mgtanθ，方向水平向右。

故A、C、D错误，B正确。故选∶B。

(二)超重和失重

物体只要产生向上的推力或者受到向下的拉力，就表示它正经历着超重或者失重现象，这个状态跟物体实际的运动方向没有必然联系。

物体的加速度若不在垂直线上开yun体育官网入口登录app，只要它在垂直线上有部分分量，物体就会感受到超重或者失重现象。

物体感受到的重力变化程度，取决于它的重量和垂直方向上的运动速率，这个数值具体等于质量与加速度的乘积。

【例2】有关超重和失重的说法，正确的是( )。

A.竖直上抛运动的物体处于超重状态

B.物体在超重情形下，其承受的重力会变大，而在失重情形下，其承受的重力会变小。

C.当升降机垂直移动且体验失重状态时，它或许正在向上行进

D.当升降机在垂直方向移动且体验失重状态，它必定正在下坠途中

【答案】C;

【解析】物体承受的总体外力朝上，或者它的加速度方向朝上时，就称为超重状态，物体承受的总体外力朝下，或者它的加速度方向朝下时，就称为失重状态。

A、竖直上抛的物体加速度方向向下，为失重状态，故A错误。

B、重力与物体所处状态无关，故B错误

CD、在失重状态下，升降机可能向上减速或向下加速，所以C对，D不对。

故选∶C。

(三)连接体问题

由两个或两个以上物体组合而成的整体称为连接体，这种整体是这些物体相互结合的结果。

2.隔离法及其应用步骤：

隔离法指的是把选定的研究个体跟其他物质分开的解析方式，这样做是为了更清楚地剖析该物体承受的各种作用力，从而明确与之相关的力。

实施流程：首先确定分析目标，接着把该目标从整体环境中单独划分，然后描绘它在特定情况下的受力图示，最后根据合适的物理原理建立方程并计算结果。

3.整体法及其应用步骤：

将两个或两个以上的物体构成的系统当作一个整体进行考察的研究方法，叫做整体法。

采用整体法分析问题的通常流程包括：首先确定考察的对象体系，其次绘制出该体系所受的全部外力示意图开yunapp体育官网入口下载手机版，最后根据具体的物理原理构建相应的数学表达式。

“隔离法”和“整体法”的运用方式：这两种方法常常相互结合，以便改进解题的思路和技巧，让解题步骤变得清晰方便。

在分析由多个物体组成的系统时，如果需要确定系统整体的加速度或者所受的外力合力，应当首先采用整体分析方法，这种方法特别适用于系统中各组成部分的加速度值相等的情况，通过这种方法可以简化计算过程。

在需要分析物体之间相互作用力的情况下，应当采用隔离技术，并且必须从涉及作用力的那个接触面着手，将相关物体单独分离出来研究

(3)如果连接体中各部分的加速度不同，一般选用“隔离法”。

如图所见，木块A位于水平桌面，其质量为2千克，通过一根轻绳与定滑轮相接，而木块B则与轻绳的另一端相连，B的质量为1千克。A与桌面之间的动摩擦因数为0.1。起初用手托住B，使得两木块保持静止状态，此时轻绳保持伸直且没有张力。当松开手之后，B开始下落，A则受到桌面的摩擦力作用，开始向相反方向运动。

滑轮对绳施加的力向右上方倾斜，绳子承受的拉力数值上等于B的重量

C.木块A的加速度大小为4m/s2 D.木块的加速度大小为

【答案】AD;

【解析】通过力的合成判断绳子对滑轮的受力方向，进而明确滑轮对绳子的反作用力方向。考察物体B的加速度指向，借助牛顿第二定律判定绳子拉力与B的重力大小对比。针对两个物体分别作为分析对象，应用牛顿第二定律建立方程，便可以计算出A、B的加速度值。

滑轮两边的绳索受力数值相同，那么绳索对滑轮的力向左下方倾斜，依照牛顿第三运动定律，滑轮对绳索的力向右上方倾斜，所以A选项是对的。

B被松开后，朝下实施匀加速位移，加速度方向朝下，此时呈现失重情形，则绳索承受的张力小于B的引力，所以B的说法不成立。

CD号、方块A与方块B的速率变化值一样，假定该值为a。依照牛顿第二定律可知∶针对A物体

，对B∶

，联立解得

，故C错误，D正确。

故选∶AD。