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时间:2019-01-10
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1、如何运用牛顿运动定律解决问题 中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1002-7661(2016)01-0081-02 牛顿运动定律的综合应用问题是经典物理学的核心内容,是高考的重点和难点,本部分内容的考题突出了与实际物理情景的结合,出题形式多以大型计算题的形式出现。 一、牛顿运动定律的适用范围及条件 1.适用范围。牛顿运动定律适用于宏观物体的低速运动(速度远小于光速的运动)。对于高速运动的问题,需用相对论解决;对于微观粒子的运动,需用量子力学解决。 2.适用条件。牛顿运动定律只在惯性参考系中成立,地面及相对地面做匀速直线运动的
2、参考系均可视为惯性系。 牛顿第二定律揭示了运动和力的内在联系。力是使物体产生加速度的原因,受到力作用的物体一定存在加速度。我们可以结合运动学知识,解决有关物体运动状态的问题。另一方面,当物体的运动状态发生变化时,一定有加速度,我们可以由加速度来确定物体的受力情况。 二、动力学的两类基本问题 1.根据物体的受力情况确定物体的运动情况。其解题基本思路是:利用牛顿第二定律F=ma求出物体的加速度a;再利用运动学的有关公式求出速度和位移等。5 2.根据物体的运动情况确定物体的受力情况。其解题基本思路是:分析清楚物体的运动情况,选用运动学公式求出物体
3、的加速度;再利用牛顿第二定律求力。 3.无论哪类问题,正确理解题意、把握条件、分清过程是解题的前提,正确分析物体受力情况和运动情况是解题的关键,加速度始终是联系运动和力的纽带、桥梁。可画方框图如下: 求解以上两类动力学问题的思路,可用如下所示的框图来表示: 说明: (1)无论是哪种情况,联系力和运动的“桥梁”是加速度。 (2)物体的运动情况是由所受力及物体运动的初始条件共同决定的。 三、牛顿运动定律解题的几种典型思维方法 1.物理解题中物理理想化模型的建立 模型,是一种理想化的物理形态,是物理知识的一种直观表现。研究物理问题时,可利
4、用抽象、理想化、简化、类比等手法,把研究对象的本质特征抽象出来,构成一个概念或实物体系,即构成模型。 从本质上讲,分析和解答物理问题的过程,就是构建物理模型的过程。我们平时所说的“明确物理过程”“在头脑中建立一幅清晰的物理图景”,其实就是指要正确地构建物理模型。 因此,我们研究物理问题,首先要明确研究对象是什么模型,再弄清楚物理过程是什么模型,才可以运用恰当的物理规律解题。 2.假设法5 假设法是解物理问题的一种重要思维方法。用假设法解题,一般依题意从某一假设入手,然后运用物理规律得出结果,再进行适当讨论,从而找出正确答案,这样解题科学严谨
5、、合乎逻辑,而且可以拓宽思路。 3.极限法(或称临界条件法) 在物体的运动变化过程中,往往达到某个特定状态时,有关的物理量将发生突变,此状态叫临界状态,相应的待求物理量的值叫临界值。利用临界值来作为解题思路的起点是一种很有用的思考途径,这种方法称为临界条件法。这种方法是将物体的变化过程推至极限――临界状态,抓住满足临界值的条件,准确分析物理过程进行求解。 4.程序法 按顺序对题目给出的物体运动过程进行分析的方法简称“程序法”。“程序法”要求我们从读题开始,注意题中能划分多少个不同的过程或多少个不同的状态,然后对各个过程或各个状态进行分析。
6、 例题5:用与水平方向成?%a=30?敖堑拇痛椭?G=5N的物体(物体相对传送带静止),求在下述情况下物体所受的摩擦力。() (1)传送带静止。 (2)传送带以v=5m/s的速度匀速斜向上运动。 (3)传送带以a=2m/s2的加速度斜向下运动。 解析:物体的受力情况如图所示。 (1)传送带静止,物体处于平衡状态,所受合力为零,所以: F=Gsin?%a=0 F=Gsin?%a=5??N=2.5N (2)传送带匀速斜向上运动,情况与(1)相同5 F=2.5N (3)传送带匀加速斜向下运动,设摩擦力沿斜面向下,根据牛顿第二定律得:
7、 F=mgsin?%a=ma ∴F=-mgsin?%a+ma=-1.5N 四、式中负号说明F的方向与假设方向相反,即沿斜面向上 在应用牛顿运动定律解决动力学问题中,当物体运动的加速度不同时,物体有可能处于不同的状态,特别是题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,往往会有临界现象,此时要采用假设法或极限分析法,看物体在不同的加速度时,会有哪些现象发生,尽快找出临界点,求出临界条件。 动力学中的典型临界问题: (1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离临界条件是弹力FN=0。 (2)相对静止或相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相
8、对静止时,常存在着静摩擦力,则相对静止或相对滑动的临界条件是:静摩擦力达到最大值或为零。 (3)绳子断裂与松弛的临界条件
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