淺談牛頓第二定律的應(yīng)用

王飛洋

摘 要：牛頓第二定律是經(jīng)典力學(xué)的三個組成部分之一，其闡釋了加速度、物體質(zhì)量、作用之間關(guān)系等相關(guān)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)、教學(xué)、實際生活、工程建設(shè)等各方面均有應(yīng)用?；诖?，本文以牛頓第二定律的基本內(nèi)容作為切入點，分析其應(yīng)用，并給出各類應(yīng)用的具體內(nèi)容，以期明確相關(guān)情況，完善對應(yīng)理論，并為后續(xù)工作的進(jìn)一步優(yōu)化提供一定的支持。

關(guān)鍵詞：牛頓第二定律；教學(xué)應(yīng)用；學(xué)習(xí)應(yīng)用

牛頓第二定律和第一、第三定律共同構(gòu)成了牛頓運動定律，可以認(rèn)為是經(jīng)典力學(xué)的精華部分之一，也是最基本的運動規(guī)律。1687年，英國科學(xué)家牛頓提出了該定律，在其后300多年里，經(jīng)過歷代科學(xué)家的論證，該定律被證實并應(yīng)用在了各領(lǐng)域中。對牛頓第二定律的應(yīng)用進(jìn)行分析，有利于進(jìn)一步了解其內(nèi)容，并為后續(xù)工作的完善提供一定的基礎(chǔ)。

1 牛頓第二定律

牛頓第二定律，也被稱為牛頓第二運動定律，結(jié)合牛頓本人的理論以及學(xué)術(shù)界的討論結(jié)果，其核心表述為：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。1687年，牛頓在反復(fù)實驗的基礎(chǔ)上最終得出該結(jié)論，并在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中正式進(jìn)行了發(fā)表。該理論的價值在于，其與牛頓第一定律和牛頓第三定律共同構(gòu)成了牛頓經(jīng)典力學(xué)定律體系，其后所有的力學(xué)研究結(jié)果或多或少均于牛頓的理論產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

2 牛頓第二定律在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原則

牛頓的三大定律均可以獨立作為一個研究系統(tǒng)，但在物理學(xué)的研究和教學(xué)活動中，相關(guān)知識內(nèi)容存在顯著的關(guān)聯(lián)性，如加速度理論必然與牛頓第二定律產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性，而勻速運動也與加速度、牛頓第一運動定律存在一定聯(lián)系，在教學(xué)中應(yīng)用牛頓第二定律，基本原則是保持相關(guān)知識的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。

2.2 應(yīng)用實例

牛頓第二定律在教學(xué)中的具體應(yīng)用，主要是通過理論的講解使學(xué)生牢固掌握，并了解外聯(lián)內(nèi)容。應(yīng)用時，首選要設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，之后把控重點內(nèi)容，使用恰當(dāng)?shù)姆绞酵瓿山虒W(xué)。以教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定為例，就牛頓第二定律本身而言，其教學(xué)目標(biāo)應(yīng)至少包括四項內(nèi)容，即理解牛頓第二定律的內(nèi)涵和外延；通過理論講解和試驗得出牛頓第二定律基本表達(dá)式F=kma（k=1）；要求學(xué)生能夠理解加速度和力的關(guān)系，以及加速度和物體質(zhì)量的關(guān)系；最后要求學(xué)生能夠應(yīng)用牛頓第二定律解答實際習(xí)題。在整個教學(xué)活動中，牛頓第二定律的講解、理解到應(yīng)用貫穿始終。

3 牛頓第二定律在學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用原則

在高中生的學(xué)習(xí)中，牛頓第二定律十分重要，其是進(jìn)行后續(xù)物理學(xué)力學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行更高等級研究必須具備的能力。鑒于牛頓第二定律本身原理的固定性和物理學(xué)習(xí)內(nèi)容、習(xí)題的多變性，在應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行學(xué)習(xí)時，原則包括牢固掌握其基本知識和內(nèi)涵，并能夠靈活進(jìn)行運用。尤其是在解題時，面對雜糅的知識內(nèi)容，要求學(xué)生能夠分辨、甄別，并尋找突破口[1]。

3.2 應(yīng)用實例

就學(xué)生學(xué)習(xí)方面而言，牛頓第二定律的應(yīng)用可以籠統(tǒng)的分為解題應(yīng)用和進(jìn)一步學(xué)習(xí)應(yīng)用兩個方面，限于篇幅，本節(jié)就解題應(yīng)用進(jìn)行簡述。問題如下：圖1所示，在水平推力作用下，物體在粗糙水平面上由靜止?fàn)顟B(tài)開始做勻加速直線運動，一段時間后，緩緩將推力減少，直到消失，在水平推力變化的過程中，物體的加速度和速度會怎樣變化：

A.加速度逐漸減小，速度逐漸增大

B.加速度逐漸減小，速度逐漸減小

C.加速度先減小后增大，速度先增大后減小

D.加速度先增大后減小，速度先增大后減小

應(yīng)用牛頓第二定律，可知物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。題目中沒有涉及到質(zhì)量，由于物體為同一物體，可以不考慮質(zhì)量變化，但水平面為粗糙面，因此存在摩擦力，但水平推力減小，摩擦力會漸漸作用，導(dǎo)致物體停止。此過程中，加速度由于物理質(zhì)量而增大，而水平推力消失后，物體在重力和加速度作用下還會移動一小段距離，整體速度先增大后減小，因此題目答案為C。

4 牛頓第二定律在生活中的應(yīng)用

實際生活中，力學(xué)的應(yīng)用十分常見，其中牛頓第二定律常用于重物搬運等作業(yè)。比如景區(qū)的纜車，觀察纜車的運動軌跡，可以發(fā)現(xiàn)其從一段達(dá)到另一端時，路線并不是一條規(guī)整的直線，由于纜車本身存在自重，其重力作用下，吊索會出現(xiàn)彎曲，因此纜車的運動軌跡實際上是一條弧線，載客量不同的纜車，行進(jìn)速度也有所差別[2]。景區(qū)會根據(jù)這些情況，設(shè)計纜車系統(tǒng)。根據(jù)牛頓第二定律，由于作用力與物體行進(jìn)路線相同，纜車速度會在作用下持續(xù)影響下越來越快，景區(qū)往往將兩端設(shè)計的較高，以免纜車在加速度影響下快速達(dá)到另一端，出現(xiàn)撞擊的情況。這是牛頓第二定律在生活中的應(yīng)用情況之一。

5 總結(jié)

通過分析牛頓第二定律的應(yīng)用，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。目前來看，由于牛頓第二定律闡釋了力學(xué)運動的基本原則，其在教學(xué)以及其他各領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用。本文結(jié)合牛頓第二定律在教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活三個方面的應(yīng)用給出了分析內(nèi)容。后續(xù)工作中，可以綜合考慮具體環(huán)境對牛頓第二定律進(jìn)行應(yīng)用，以更好的完成對應(yīng)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]吳燕華，朱月芽. 不同實驗教學(xué)方法的探討——初探用不同的實驗方法來提升牛頓第二定律教學(xué)的課堂效率[J]. 教育教學(xué)論壇，2013，（04）：257-259.

[2]許陵，施莉莉. 基于無線模塊和Visual Basic的仿真演示實驗設(shè)計——以牛頓第二定律實驗為例[J]. 泉州師范學(xué)院學(xué)報，2013，31（02）：57-60+69.endprint