對牛頓定律與力學問題綜合運用的分析

李泓廷++夏運貴

【摘要】在高中物理中，牛頓定律與力學問題的綜合運用涉及的題目非常廣泛，基于此，本文首先敘述了牛頓定律和力學問題的主要內容，并且闡述了二者之間的關系，然后結合實例分別對牛頓三個定律與力學問題的綜合運用進行仔細的分析。

【關鍵詞】牛頓定律 力學問題 綜合運用

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）21-0191-02

學習物理不光要對相關知識有所掌握，最重要的是能夠深入理解公式和定理，并將其運用于實際解題中。牛頓定律主要闡述的就是力與運動的關系，因此，將其與力學問題進行綜合運用就顯得尤為必要，下面對此展開分析。

一、牛頓定律與力學問題簡介

1.牛頓定律

牛頓定律是由艾薩克·牛頓在《自然哲學的數學原理》中提出的，其中包括三個定律，分別為牛頓第一定律、牛頓第二定律和牛頓第三定律。牛頓第一定律又叫慣性定律，說明力是改變物體運動狀態的原因；牛頓第二定律說明了力與運動的關系，提出了加速度的定義；牛頓第三定律揭示了作用力與反作用力之間的關系，指明兩個力是同一性質的力。

2.力學問題

力學問題主要研究的是物體的受力，及其在力的作用下產生的形變和運動，在解決力學問題時，首先需要明確研究對象，然后按照先場力后摩擦力的順序進行受力分析。

3.牛頓定律與力學問題的關系

我們知道，力學問題與物體的運動有很大的聯系，而牛頓運動定律主要研究的就是力與運動的關系，因此，運用牛頓定律解決力學問題具有重要的意義。

二、牛頓定律與力學問題的綜合運用

1.牛頓第一定律與力學問題的綜合運用

在一些力學題目中，經常會涉及到物體的平衡問題或者物體的勻速直線運動問題，為此需要借助牛頓第一定律的理論對物體進行受力分析并求出題目中未知的力。比如題目中已經給出了物體受到的一些力，為了使物體在和外力的作用下保持平衡，求未知的力。對于這樣的題目，我們知道，物體保持平衡也就是說物體處于靜止或者勻速直線運動狀態，由牛頓第一定律可知，物體受到的外力之和為零，從而借助三角形定則或者平行四邊形就可以求得未知力的大小和方向。

2.牛頓第二定律與力學問題的綜合運用

在運用牛頓第二定律解決力學問題的過程中，首先要正確選擇參考系，然后對物體進行受力分析，最后結合物體的運動狀態采用加速度計算公式求相關的力，或者在已知力的條件下求物體的加速度進而確定出物體的運動狀態。

比如這道題：如圖1所示，質量相等的兩個物體A、B之間用一根輕彈簧進行連接，再用一根細線將整體懸掛在天花板上，此時整體處于靜止狀態，求剪斷細線的瞬間物體的運動狀態。

解題過程：首先，對物體進行受力分析，B物體受到重力、彈簧向上的彈力，此時處于靜止狀態，重力mg=F彈，A物體受到重力mg、彈簧向下的彈力F‘彈=F彈、細線對其產生的拉力T的作用而處于靜止狀態，因此，T=2mg；剪斷細線的瞬間，彈簧并不會立即恢復原狀，因此，彈力不會立即發生變化，A受到的力為重力和彈簧向下的彈力，合外力為2mg，由牛頓第二定律可知，A的加速度為a==2g，B物體受到的力不發生改變，因此仍處于靜止狀態。

這道題是通過分析物體受力而確定物體的運動狀態，下面再舉一個已知物體的運動狀態分析其受力情況的例子。

如圖2所示，光滑水平面上放置質量分別為m、2m、3m的三個木塊，其中質量為2m和3m的木塊用不可伸長的輕繩相連接，輕繩能承受的最大拉力為T?，F用水平拉力F拉質量為3m的木塊，使三個木塊一起以同一個加速度運動，則以下說法正確的是（）

A.質量為2m的木塊受到四個力的作用

B.當F逐漸增大到T時，輕繩剛好被拉斷

C.當F逐漸增大到1.5T時，輕繩還不會被拉斷

D.輕繩剛要被拉斷時，質量為m和2m木塊間的摩擦力為

本題的答案為C選項，解題過程如下：

首先取整體為研究對象，對其受力分析，合外力僅由F提供，加速度為a=，因此，質量為m和質量為2m的木塊之間存在著摩擦力的作用，，因此質量為2m的木塊受到重力、支持力、壓力、拉力以及摩擦力的作用，A選項錯誤；若輕繩被拉斷，則其拉力為T，取質量為m和質量為2m的木塊整體為研究對象，由牛頓第二定律可知其加速度為，再將三個木塊整體做為研究對象，進行受力分析可得F=6，所以當輕繩被拉斷時，F=2T，選項B錯誤，C正確；由之前的分析可知，輕繩剛要被拉斷時，而質量為m的木塊僅受到摩擦力的作用，且，所以選項D錯誤。

通過對上述兩道題目進行分析，可以看出牛頓第二定律在解決力學問題中應用比較廣泛，核心是選取正確的研究對象，靈活運用牛頓第二定律計算研究對象的和加速度或者某一方向上的加速度，從而達到巧妙解題的目的。牛頓第二定律不僅在直線運動問題中有所運用，在拋體和圓周等運動中也對解題起到重要的作用，可以說，牛頓第二定律貫穿于整個高中物理的解題過程，深入熟練地掌握該定律有利于對物體的運動狀態進行正確的分析。

3.牛頓第三定律與力學問題的綜合運用

在運用牛頓第三定律解題時需要注意的主要問題就是作用力和反作用力的同時性以及它與平衡力之間的差別，其在實際問題中的意義在于能夠根據一個物體的受力推測與該物體相關的其他物體的受力情況，從而準確全面地對物體進行受力分析。比如（二、2）中的第二道題，質量為m的木塊對質量為2m的木塊產生一個向下的壓力，同時，質量為2m的木塊對質量為m的木塊產生一個向上的支持力，二者大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，因此在對質量為2m的木塊進行受力分析的過程中就不容易將質量為m的木塊對其產生的壓力忽略掉。

三、結語

綜上所述，牛頓定律在高中力學問題中發揮了重要的作用，學好牛頓定律是學好高中物理的必要前提和基礎，在學習過程中不僅要多做題，而且還要不斷地反思和總結，最終實現將牛頓定律靈活運用于力學問題的目的。

參考文獻：

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