摘 要:牛顿三大定律是高中物理中力学的主要研究对象,也是高中物理中的重点和难点所在。在学习牛顿三大定律的时候要掌握一定的技巧,将题型拆分开来,灵活运用,这样才能更好地解决物理学习中的力学难题。当我们熟悉了解题方式,掌握了正确方法之后,我们会发现其实力学的难题也是很简单的,关键在于理解和灵活运用。
关键词:牛顿三大定律;高中物理;应用探析
引言
牛顿三大定律是高中物理的重要组成部分,是高中物理的开端,是力学知识的指导性原则。牛顿定律主要研究的是力与运动之间的规律,分为惯性定律、运动定律和相互作用力定律,高中物理中大部分力学相关模型都是以此为依据扩展建立的。物理题之中力学题一直是个难点,要突破这个难点,就要学会灵活运用牛顿三大定律,掌握正确的解题方法。本文就牛顿三大定律在高中物理中的应用做一些简单的探讨,主要讲述一套笔者自己总结的解题的方法,以供大家参考。
一、例题
解题的方法十分重要,下面以2017年全国理科综合(全国Ⅲ卷)物理试题第25题为例进行具体讲述。如图,两个滑块A和B的质量分别为mA=1kg和mB=5kg,放在静止于水乎地面上的木板的两端,两者与木板间的动摩擦因数均为μ1=0.5,木板的质量为m=4kg,与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动,初速度大小均为v0=3m/s。A、B相遇时,A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度大小g=10m/s2。求
(1)B与木板相对静止时,木板的速度;(2)A、B开始运动时,两者之间的距离。
二、读题
读题也是有一定技巧的,特别在考试的时候时间有限,我们无法消耗大量的时间来一遍又一遍的读题然后再来理解。读题的时候首先找出重点和已知条件,然后看问题,根据已知条件和问题找到相对应的关系。做物理题离不开大量的练习,只有多加练习才能形成本能反应,在读题一遍之后就能找出相对应的关系。以本题为例,重点在题干给出的数据,如滑块A和B的质量,滑块和木板之间,木板与地面之间的动摩擦因数,A、B滑块的初始速度等。然后就是看问题,问题有时候也能反映很多的信息,比如本题中第一问,“B与木板相对静止时,木板的速度”,这个问题就给出了B最终与木板的运动状态是相对静止。
三、分析
有了数据之后就开始分析过程,这个时候就要充分的考虑和灵活运用牛顿三大定律,因为它们是力学的基础,不管怎样的题型都离不开它们。由题干我们可以知道运动过程是A、B某一时刻开始相向滑动,由于惯性的影响,A、B会持续滑动下去,又因为A、B与木板之间有摩擦力,A、B的质量不相等且B的质量大于A的关系,木板受到合外力向右,即木板会向右运动。由于B受到的摩擦力大于A的关系,在A、B相遇之前B与木板已经达成相对静止,而此时A还保持运动的状态。在B与木板达成相对静止的过程中,A、B和木板作为一个整体系统所受外力为地面对木板的摩擦力,大小不变。在最后A与木板保持相对静止的时候,由于木板还在保持向右的运动状态中,所以此时的A其实是有和相对于地面与木板同样的速度,并不是与地面相对静止,这一点要尤为注意。在解题的过程中一定要注意分时分段分析,避免出现混乱,要找好对等关系,为之后列方程求解的过程打好基础。
四、列方程求解
列方程就是根据各个物体的运动状态设立未知数并求解,将系统拆解开来之后根据第二步分析的结果可以很轻易的列举出来。根据牛顿第三定律,两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上,在B运动过程中受到木板对它的向左的摩擦力,FB=μ1mBg=25N,那么木板同样受到B对它向右的摩擦力,大小同样是FB。同理,木板也受到A对它的摩擦力FA=μ1mAg=5N,与地面对它的摩擦力F0=μ2(m+mA+mB)g=10N。以右为正方向,B与木板达到相对静止前木板所受合力为F=FB-FA-F0=10N。由牛顿第二定律可得FA=mAaA,FB=mBaB,F=ma1,a1为木板在运动过程中的加速度。设在t1时刻,B与木板达到共同速度,其大小为v1,由运动学公式可知v1=v0-aBt1= a1 t1,带入数据可得v1=1 m/s,t1=0.4s。
在t1时间间隔内,根据速度与距离的公式可得B相对于地面运动距离SB= v0 t1-1/2 a1 t12=0.36m。B与木板相对静止之后,木板所受外力只有A对它的摩擦力及地面对它的摩擦力,设此时木板的加速度大小为a2,则对于木板和B组成的体系FA+ F0=(m+mB)a2。可解得a2。由题意可知,aA=aB=μ1g,所以当t1时间过后A与B的速度相同,也为v1,只是大小相反。A与木板相对静止时速度相同,设A与木板相对静止时的速度为v2,A由速度变为相反方向的速度经历的时间为t2,则由运动学公式,对木板可以列出方程v2= v1- a2 t2,对A可以列出方程v2=-v1+ aA t2,联立可求得v2,t2。在t2时间间隔内,B以及木板相对地面运动距离为S1= v1 t2-1/2 a2 t22,在整个运动过程中,A相对地面的移动距离为SA= v0(t1+ t2)-1/2 aA(t1+ t2)2。A、B相遇时,A恰好与木板相对静止,由此可知两者间的初始距离等于A、B各自运动的距离,即S=SA+ S1+SB=1.9m。
五、结束语
总之,在做力学物理题的时候一定要仔细读题,分析运动过程,找准物体运动的初始状态和最终状态,灵活运用牛顿三大定律。牛顿三大定律是力学物理题的基础,基本上力学相关的物理题都会用到他们,在做题的时候一定要灵活分析,找准关键点。相信只要掌握方法,平时多多练习,熟悉牛顿三大定律的运用之后,力学物理题将不再是难以解决的难题。
参考文献
[1]李泓睿. 牛顿三大定律在高中物理中的应用[J]. 山东工业技术, 2017(19):263-263.
[2]刘天赞. 高中物理牛顿三大定律的学习[J]. 明日风尚, 2017(23).