透徹理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律靈活解決動(dòng)力學(xué)問題

1、透徹理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律 靈活解決動(dòng)力學(xué)問題 牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典物理學(xué)的基石，也是高中物理的主干知識(shí)之一，在考試大綱中均被列為級(jí)條目，屬于較高要求，多年來的高考命題也都將其作為考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，因而，理所當(dāng)然應(yīng)成為高考復(fù)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容.一正確建立“慣性”概念是理解牛頓第一定律的重點(diǎn)問題1：在一車箱內(nèi)，關(guān)于人跳起后再落下的落地點(diǎn)的說法正確的是（ ）a.人在靜止的車箱內(nèi)豎直跳起后，將落在原來起跳點(diǎn)的位置b.人在勻速直線運(yùn)動(dòng)的車箱內(nèi)豎直跳起后，將落在起跳點(diǎn)的后方c.人在加速直線運(yùn)動(dòng)的車箱內(nèi)豎直跳起后，將落在起跳點(diǎn)的前方d.人在減速直線運(yùn)動(dòng)的車箱內(nèi)豎直跳起后，將落在起跳點(diǎn)的前方答案：ad 解析：車靜止時(shí)

2、，人起跳后，顯然是落回起跳點(diǎn)的位置上；當(dāng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)，起跳瞬間人和車具有相同的速度，由于慣性，起跳后人在水平方向仍保持起跳時(shí)的速度；當(dāng)車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)，人與車水平方向發(fā)生相同的位移，故人落回起跳點(diǎn)的位置；當(dāng)車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人起跳后水平方向發(fā)生的位移小于車的位移，故人落在起跳點(diǎn)的后方；當(dāng)車減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人起跳后水平方向發(fā)生的位移大于車的位移，故人落在起跳點(diǎn)的前方.解答本題的關(guān)鍵，是正確理解慣性的概念.牛頓第一定律指出：一切物體在沒有受到外力作用時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止.該定律揭示了物體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)本質(zhì)：不受外力作用時(shí)，物體總處于勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)；一切

3、物體都具有慣性；力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.對(duì)于慣性，可作三點(diǎn)理解：慣性是物體的固有性質(zhì)，與物體所處的狀態(tài)無關(guān)，只由物體質(zhì)量決定；物體所受合外力為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為保持原有狀態(tài)不變；物體所受合外力不為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度.二科學(xué)把握“加速度跟合外力的關(guān)系”是運(yùn)用牛頓第二定律的關(guān)鍵問題2：直升機(jī)懸停在空中向地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖所示.設(shè)投放初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過程中箱子始終保持圖示姿態(tài).在箱子下落過程中，下列說法正確的是（ ）a.箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒有壓力b.箱子剛從飛機(jī)上投下時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力最大c.箱子接近地面時(shí)

4、，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)大d.若下落距離足夠長(zhǎng)，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來”答案：c. 解析：箱內(nèi)物體下落時(shí)受到兩個(gè)力作用：重力mg和支持力n，據(jù)牛頓第二定律有 mg-n=ma 因而 支持力n=mg-ma.箱子（包括箱內(nèi)物體）下落時(shí)受到兩個(gè)力作用：重力（m+m）g和空氣阻力kv2，據(jù)牛頓第二定律有 （m+m）g-kv2=（m+m）a，剛投下的瞬間，v=0，a=g，箱子對(duì)物體的支持力n=0，故物體對(duì)箱子的壓力也為0.隨著下落速度的增大，空氣阻力也增大，合外力減小，箱子的加速度減小。接近地面時(shí)速度最大，空氣阻力最大，合外力最小，箱子的加速度a最小，箱內(nèi)物體的加速度也就最小.由n

5、=mg-ma可知，接近地面時(shí)箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)的大.抓住加速度跟合外力的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，并把牛頓第二定律靈活運(yùn)用到箱子和箱內(nèi)物體這兩個(gè)不同的研究對(duì)象上，是解答本題的關(guān)鍵.牛頓第二定律指出：物體的加速度跟所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同.其公式為f=ma.理解加速度跟合外力的關(guān)系要抓住“四性”：瞬時(shí)性：加速度跟合外力總是同時(shí)成正比地變化；同一性：加速度跟合外力總是對(duì)同一物體和同一參考系而言的；獨(dú)立性：每一個(gè)外力都能獨(dú)立地使物體產(chǎn)生一個(gè)加速度；矢量性：加速度的方向每時(shí)每刻都與合外力的方向相同.鞏固應(yīng)用：如圖（甲）所示，水平面上質(zhì)量相等的兩木塊a、b用

6、一輕彈簧相連接，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)現(xiàn)用一豎直向上的力f拉動(dòng)木塊a，使木塊a向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，如圖（乙）所示.研究從力f剛作用在木塊a的瞬間到木塊b剛離開地面的瞬間這一過程，并且選定該過程中木塊a的起點(diǎn)位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，則圖（丙）中可以表示力f和木塊a的位移x之間關(guān)系的是（ ）思路點(diǎn)撥：在圖乙狀態(tài)下，對(duì)a木塊，由牛頓第二定律得 f+kx- mg=ma，或f=mg+ma-kx, x為彈簧的形變量，它與a的位移x關(guān)系為x=l0-x（l0為圖甲狀態(tài)下彈簧的壓縮量），在圖甲狀態(tài)下，對(duì)a木塊有mg=kl0，故f=mg+ma-k（l0-x）= (mg+ma-kl0)+kx=ma+kx，可見，a圖能表示f

7、與x的關(guān)系.本題中，木塊a作勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度a保持不變，根據(jù)加速度跟合外力的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，a受到的合外力也是不變的，由于分力中彈力在變，因而，拉力f也要發(fā)生相應(yīng)的變化.其實(shí)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用主要有兩類問題：一是已知運(yùn)動(dòng)求力，二是已知力求運(yùn)動(dòng)，無論解決哪類問題，受力分析是關(guān)鍵，牛頓第二定律是橋梁，本題則屬于已知運(yùn)動(dòng)求力的問題.三嚴(yán)格區(qū)分“作用力、反作用力跟一對(duì)平衡力”是掌握牛頓第三定律的保證問題3：如圖所示，a、b兩物體疊放在水平桌面上，現(xiàn)對(duì)a施加一水平向右的力f，a、b恰好一起向右作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則a、b兩物體各受哪些力的作用?在這些力中，哪些力是平衡力?哪些力是作用力和反作用力?哪些

8、力的反作用力不作用在a、b物體上?解析:如圖，a物體受到4個(gè)力:重力ga、支持力nba、拉力f、摩擦力fba.b物體受到5個(gè)力:重力gb、壓力nab、支持力n桌、向右的摩擦力fab、向左的摩擦力f桌.其中平衡力: 支持力nba和重力ga二力平衡、拉力f和摩擦力fba二力平衡；重力gb、壓力nab和支持力n桌三力平衡、摩擦力fab和摩擦力f桌二力平衡.作用力和反作用力：支持力nba和壓力nab、摩擦力fba和摩擦力fab.拉力f、重力ga、gb三個(gè)力的反作用力不作用在a、b物體上.牛頓第三定律指出：兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一直線上. 由于“大小相等、方向相反

9、，作用在同一直線上”的關(guān)系，我們很容易把作用力和反作用力跟一對(duì)平衡力混淆起來.其實(shí)，作用力和反作用力跟一對(duì)平衡力是有本質(zhì)區(qū)別的：作用力和反作用力具有異體性，而一對(duì)平衡力具有同體性；作用力和反作用力性質(zhì)相同，而一對(duì)平衡力的性質(zhì)具有不確定性；作用力和反作用力相互依存，不可單獨(dú)存在，而一對(duì)平衡力可先后施加；作用力和反作用力不可求合力，它們的作用效果不可抵消，而一對(duì)平衡力的作用效果是相互抵消的.課外探究：如圖所示，一根質(zhì)量不計(jì)的輕繩跨過處在同一高度的兩個(gè)光滑的定滑輪，質(zhì)量相等的甲、乙兩人順著繩的兩端(起始高度相同)往上爬，但甲的力氣比乙的大，甲想先爬上去，于是，他使盡氣力往上爬，你認(rèn)為甲能先爬上去嗎？為什么？探究點(diǎn)撥：甲不能先爬上去. 因?yàn)榇┻^光滑滑輪的輕繩各處張力相同,據(jù)牛頓第二定律,對(duì)甲有 t-m甲g=m甲a甲, 對(duì)乙