巧用牛頓運(yùn)動定律，解決動力學(xué)難題

宋以棟

摘要：牛頓運(yùn)動定律是物理學(xué)的基礎(chǔ)規(guī)律，是貫穿高中物理的基礎(chǔ)內(nèi)容，也是動力學(xué)基礎(chǔ)和解決動力學(xué)難題的關(guān)鍵所在。作為高中生，我們只有正確理解力與運(yùn)動的關(guān)系，理解牛頓運(yùn)動的基本規(guī)律和基本思路，掌握動力的思維方法，才能夠熟練運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律來分析和計(jì)算問題，解決各種動力學(xué)難題。因此，本文首先分析了運(yùn)動牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)難題的三個(gè)基本步驟，隨后從假設(shè)法、極限法和程序法三種方法出發(fā)，總結(jié)和歸納運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)難題的基本方法，以期為高中生提供有益的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：高中物理；牛頓運(yùn)動定律；動力學(xué)；難題

物理是高中階段的一門重要科目，而牛頓運(yùn)動定律這一章節(jié)在整個(gè)高中物理中占有重要的地位，它是我們學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱學(xué)、電學(xué)等高中物理中其他基礎(chǔ)模塊和重要內(nèi)容的條件，也是解決動力學(xué)難題的關(guān)鍵所在。但是當(dāng)前我們在解決動力學(xué)基本問題時(shí)往往陷入了盲目做題的誤區(qū)之中，卻忽略了對牛頓運(yùn)動定律的運(yùn)用，從而導(dǎo)致解題效率與準(zhǔn)確率的低下。因此，我們只有真正把握牛頓運(yùn)動定律，熟練掌握運(yùn)用牛頓定律解決動力學(xué)難題的步驟和方法才能提高解題的效率和正確率。下面，我結(jié)合自身的學(xué)習(xí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對如何運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)難題展開一番詳細(xì)的分析與討論。

一、運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)難題的步驟

1、明確問題要求，選取研究對象

面對動力學(xué)問題，我們首先要做的是必須要根據(jù)問題的具體要求來明確研究對象。對單一的物體問題，我們可以很容易的明確研究的對象。但如果是幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)，我們就需要把幾個(gè)物體分別隔離出來，對每個(gè)需要研究的對象加以討論。一方面，我們可以采用整體法的方式，將相關(guān)聯(lián)的物體視為一個(gè)整體，分析整體的受力和運(yùn)動。另一方面，我們也可以采用隔離法，即分別以單一的物體為研究對象，將暫時(shí)確定的研究物體與其他物體隔離起來進(jìn)行單一的分析，從而求出各個(gè)物體的相互作用力。值得注意的是，我們選取的研究對象應(yīng)該是受力或者運(yùn)動情況清楚并便于解題的物體。

例如，我以“在一個(gè)斜面上，放置一個(gè)劈形物體M，劈形物體上表面光滑，再水平面上放置一個(gè)光滑小球m，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前，小球做什么運(yùn)動？”這道題為例，這道題很顯然具有一定的迷惑性，所以，我們在做此類題型時(shí)，一定要明確問題的要求，選取正確的研究對象。在本題中，我們可以選取小球?yàn)檠芯繉ο?，在劈形物體下落時(shí)，因?yàn)榕挝矬w表面光滑，且小球光滑，小球與劈形物體建不受摩擦力，所以小球在水平方向沒有受到外力的作用，同時(shí)，小球本身的水平方向的加速度為零，且不具有初速度，因此小球的將沿著豎直向下的直線運(yùn)動。這樣一來，在在高中物理解題中，我通過明確題干問題要求，選取正確的研究對象，掌握牛頓第二定律的獨(dú)立性，有效提高了自身的解題效率。

2、分析受力情況，作出受力圖象

在確定了基本的研究對象后，我們則需要分析被隔離物體的受力情況并作出受力示意圖。具體來說，首先我們要考慮研究對象所受的重力情況，然后考察研究對象與哪些物體有接觸，隨后根據(jù)接觸的具體情況來依次分析彈力、摩擦力等作用力。其次我們要讀研究對象進(jìn)行運(yùn)動分析，判斷它的加速度情況，從而確定加速的實(shí)際方向。這樣通過正確地分析研究對象的受力情況和運(yùn)動情況來能夠直觀地做出物體的受力圖，使動力學(xué)問題的解決更加有理有據(jù)。

例如，以“一彈簧秤的質(zhì)量為1.5kg，盤內(nèi)放一質(zhì)量為10.5kg的物體M，彈簧的勁度系數(shù)為k=800N/m（圖省略），現(xiàn)給M施加一個(gè)豎直方向的力F，使M從靜止做勻加速直線運(yùn)動...求F的最大值和最小值是多少？”這道題為例，首先，我對這道題進(jìn)行了多次審題，根據(jù)題干信息，對物體所受的力進(jìn)行緊密分析，從題干信息中我得知，因?yàn)樵趖=0.2秒內(nèi)F是變力的，在t=0.2秒以后，F(xiàn)是恒力的，所以在0.2秒的時(shí)候，M離開秤盤，而在這個(gè)時(shí)候，M受到秤盤的支持力為零，此時(shí)的彈簧不能處于原長。根據(jù)受力過程，我用圖像畫出了整個(gè)受力過程，將秤盤和物體M整體，然后應(yīng)用牛頓第二定律對問題進(jìn)行求解，列出公式： 。這樣一來，在高中物理解題中，我先分析題干中的受力情況，然后根據(jù)信息畫出受力分析圖，以此能夠直觀的解決本題。

3、建立坐標(biāo)系，列出方程求解

解決動力學(xué)問題的最后也是最重要的步驟，就是需要我們根據(jù)受力的基本情況和運(yùn)動的軌跡來建立坐標(biāo)系，最后才能夠列出方程進(jìn)行求解。具體來說，我們需要用正交分解把力和加速度將各個(gè)矢量分解到各個(gè)坐標(biāo)軸上，從而將復(fù)雜的矢量轉(zhuǎn)化為簡單的代數(shù)運(yùn)算，再根據(jù)牛頓第二定律列出分量方程，有幾個(gè)未知數(shù)就要列出幾個(gè)方程，如果方程的個(gè)數(shù)少于未知數(shù)的數(shù)目，就需要根據(jù)運(yùn)動學(xué)和幾何學(xué)的基本知識來補(bǔ)充方程，最后根據(jù)方程求出結(jié)果。

例如，以“細(xì)線的一端固定在傾角為45°的光滑楔形滑塊A的頂端，細(xì)線的另一端栓一質(zhì)量為m的小球（圖省略），當(dāng)滑塊以多少加速度向左運(yùn)動時(shí)，小球?qū)瑝K的壓力等于零，當(dāng)滑塊以a=2g的加速度向左運(yùn)動時(shí)，線的拉力T為多少？”，這道題為例，當(dāng)我看到這道題后，首先想到的便是對物體的運(yùn)動建立坐標(biāo)系，當(dāng)滑塊具有向左的加速度a時(shí)，小球受重力mg、繩子的拉力T和斜面的支持力N作用，所以，根據(jù)坐標(biāo)系，在水平方向和豎直方向分別列出公式，然后再根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解，得出最終答案。

二、運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)難題的方法

1、利用假設(shè)法分析動力學(xué)問題

假設(shè)法是我們解決物理問題的一種重要方法，所以說我們在解決動力學(xué)難題時(shí)，可以充分利用假設(shè)法進(jìn)行分析。具體來說，我們首先需要根據(jù)題意來從某一個(gè)假設(shè)入手，然后運(yùn)用物理規(guī)律進(jìn)行分析，最后求出結(jié)果，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠懻?，從而運(yùn)用到原有的牛頓運(yùn)動定律問題當(dāng)中，最終找出正確的答案，從而使解題效率大大提高，還能夠有效拓寬我們的解題思路，提高解題的準(zhǔn)確性。

2、運(yùn)用極限法剖析動力學(xué)問題

極限法是把某個(gè)物理量推向極端，從而根據(jù)這個(gè)極端來進(jìn)行科學(xué)的推理分析，最終得出判斷或者結(jié)論的一種方法。而物體的運(yùn)動變化過程總會達(dá)到某個(gè)特定的狀態(tài)，相關(guān)的物理量會發(fā)生突變，也就是說達(dá)到了臨界轉(zhuǎn)態(tài)，這個(gè)發(fā)生突變的物理量叫做臨界值，運(yùn)用極限法和臨界值來解決動力學(xué)問題能夠使問題化難為易、化繁為簡，使我們對各種受力情況、運(yùn)動情況等判斷的更加準(zhǔn)確。因此，我們在解決動力學(xué)問題的過程中，要利用極限法來抓住臨界值條件，從而準(zhǔn)確地分析物理過程，快速求出問題的答案。

3、采用程序法解決動力學(xué)問題

程序法是根據(jù)題目給出的物體運(yùn)動過程進(jìn)行分析的一種基本方法，是能夠幫助我們理清解題思路、找到解題突破口的重要武器。因此，我們在解決動力學(xué)問題的過程中，要從審題和讀題開始就要注意問題當(dāng)中所蘊(yùn)含的各種已知條件、未知條件和隱藏條件，注意題中能夠劃分為多少個(gè)不同的過程或者不同的狀態(tài)，并對這些條件和各個(gè)過程進(jìn)行分析，最后對分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和歸納，得到最終動力學(xué)問題的正確答案。

三、結(jié)語

總而言之，牛頓運(yùn)動定律是物理學(xué)的基本規(guī)律，也是解決動力學(xué)難題的“利器”。所以說，作為高中生，我們要學(xué)好牛頓運(yùn)動定律，熟記基本公式以及公式適用的前提和范圍，并掌握運(yùn)用牛頓定律解決動力學(xué)難題的基本步驟，從而能夠充分運(yùn)用極限法、假設(shè)法和程序法等科學(xué)方法來分析、剖析和解決動力學(xué)問題，明晰解題思路，找到解題的突破口，最終實(shí)現(xiàn)解題效率和準(zhǔn)確率的有效提升。

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