“巧”用牛顿第二定律的分析

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  【摘 要】在经典力学中,牛顿第二定律是高中阶段的物理重点,更是高考的必考点,题型变化、解题思路都是“变化多端”,强调牛顿第二定律的“巧”用,以更好地提高问题解决的能力。本文以学生的视角,分析了“隔离法”、“整体法”和“假设法”在牛顿第二定律中的“巧”用策略,提高对牛顿第二定律的应用能力。
  【关键词】牛顿第二定律;应用;技巧;策略
  一、运用“隔离法”,化繁为简
  在牛顿第二定律的应用中,多物体构建下的运动系统,往往让学生在物体受力分析和运动分析中,有种“丈二的和尚摸不到头”的感觉。这时,懂得“隔离法”的应用,化繁为简,将运动系统中的物体隔离出来,独立状态下的物体受力与运动分析,显然更容易上手。
  例1,如图1-1所示,在倾角为α的光滑斜面上,被绳子拴住的模板上,站着一只小猫。已知木板的质量为M,是小猫的质量m的两倍。当拴住木板的断开时,小猫沿着木板往上跑,与斜面保持位置相对不变的状态。问:此时木板沿斜面的下滑加速度是多少?
  在对该题的解答中,学生就可以通过“隔离法”,对木板、猫分别进行受力及运动分析,然后根据牛顿第二定律列式求解,达到解题要目的。
  解答:(1)对木板分析,其受力如图1-2所示。由题意可知,相对于斜面,木板是向下做匀加速运动。因此,可得:
  Ff +Mg·sinα=Ma ①
  (2)对小猫分析,其受力分析如图1-3所示。由题意可知,相对于地面,小猫处于静止的状态(受力平衡)。因此,可得:
  Ff +mg·sinα=Mg·sinα ②
  将①②式联立可得:a=g·sinα。
  二、运用“整体法”,迎“繁”而上
  对于物理基础扎实的学生而言,整体法在牛顿第二定律中的巧用,可以起到迎“繁”而上的良好效果。在整体法的应用中,可以将不同加速度的物体作为一个系统,则可以建立矢量式:F合=m1a1+m2a2+…+mnan。
  仍是例1,我们就可以运用“整体法”,消除单独物体受力分析的繁琐。当绳子断开之后,系统的受力及运动分析如图2-1所示。
  在x轴方向,整体所受合力为:(M+m)g·sinα=F合 ①
  在矢量等式x方向中,由牛顿第二定律可得:
  Ma+m·0=F合 ②
  M=2m ③
  联立①②③可得:a=gsinα。
  三、运用“假设法”,拓展解题思路
  假设法在高中物理解题中应用比较频繁,特别是对于力学中的牛顿第二定律,为了方便解题,往往可以通过假设,再以假设作为解题的入口,运用牛顿第二定律得出结果。在一定程度上,假设法可以拓展学生的解题思路,而不是让学生就一根筋的在想“物体A的加速度是向下还是上”。
  例2:如图3-1所示,物体A、B连接于滑轮之上,质量分别为M、m。光滑斜面的倾角为α,C端固定于斜面,且不计滑轮及一切摩擦。问:物体A、B的加速度分别是多少?
  解答:由于物体A、B的运动方向无法确定,为了便于分析,可以假设物体A的加速度aA沿斜面向下,那么物体B的加速度aB则竖直向上。于是,对物体A、B作如图3-2、3-3所示的受力及运动分析。
  由牛顿第二定律可得:
  Mg·sinα-FTA=MaA ①
  FTB-mg=maB ②
  由题意可知:
  FTA=2FTB ③
  aA=aB ④
  联立①②③④可得:
  aA=g
  aB=g
  【参考文献】
  [1]柯岩.巧用牛顿第二定律的瞬时性解题[J].高中数理化,2012(10)
  [2]徐高本.运用牛顿第二定律解题的“两巧”[J].新高考,2014(12)
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