理解牛顿第二定律的基本特性

(整期优先)网络出版时间:2012-12-22
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理解牛顿第二定律的基本特性

曹伟

江苏省邳州市官湖高级中学曹伟

牛顿第二定律是动力学的核心规律,它阐明了物体的加速度跟物体的质量和物体受到的合外力的关系。牛顿第二定律的表达式为:,简明扼要,其涵义却十分丰富,学习时一定要深刻理解,下面介绍牛顿第二定律的两个基本特性。

1.矢量性

牛顿第二定律的关系式“”是一个矢量式,公式不仅反映了加速度与合外力的数值关系,还指明了它们之间的方向关系,即加速度的方向总是与合外力的方向相同。

例1如图1所示,火车车箱中固定一个倾角为30°的斜面,当火车以10的加速度沿水平方向向左运动时,斜面上的物体m仍与车箱相对静止,试分析物体m所受的摩擦力。

解析物体受力如图2所示,假定物体m所受的静摩擦力沿斜面向上,建立如图2所示坐标系,由牛顿第二定律得:

说明静摩擦力的方向与假定的方向相反,应沿斜面向下。

点拨物体m与车箱相对静止,说明物体m的加速度与小车的加速度相同,即水平向左,物体m所受的合外力也是水平向左,因此应沿水平、竖直方向建立坐标系,在水平方向应用牛顿第二定律。

2.同体性

牛顿第二定律关系式“”中的三个物理量是对同一物体或同一系统而言的,分析物体受力情况和认定加速度时切不可张冠李戴。

例2如图3所示,质量为2m的物块A与水平地面间的摩擦可忽略不计,质量为m的物块B与水平地面间的动摩擦因数为,在已知水平推力F作用下,物块A和B一起做加速运动,则物块A和B之间的作用力为______________。

点拨求解此类问题需灵活运用整体法和隔离法,本题应特别注意作用在物块A上的力F与物块A和B之间的作用力是两个不同的力。

此外,在应用牛顿第二定律时,还要注意其因果性,即在中,是使物体产生加速度a的原因,而加速度a是合力作用产生的效果。其统一性,即在中,各物理量必须统一使用国际制单位,合力的单位用牛,质量的单位用千克,加速度的单位用米每二次方秒。