对牛顿定律与力学问题综合运用的分析

李泓廷 夏运贵

【摘要】在高中物理中，牛顿定律与力学问题的综合运用涉及的题目非常广泛，基于此，本文首先叙述了牛顿定律和力学问题的主要内容，并且阐述了二者之间的关系，然后结合实例分别对牛顿三个定律与力学问题的综合运用进行仔细的分析。

【关键词】牛顿定律 力学问题 综合运用

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）21-0191-02

学习物理不光要对相关知识有所掌握，最重要的是能够深入理解公式和定理，并将其运用于实际解题中。牛顿定律主要阐述的就是力与运动的关系，因此，将其与力学问题进行综合运用就显得尤为必要，下面对此展开分析。

一、牛顿定律与力学问题简介

1.牛顿定律

牛顿定律是由艾萨克·牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的，其中包括三个定律，分别为牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律。牛顿第一定律又叫惯性定律，说明力是改变物体运动状态的原因；牛顿第二定律说明了力与运动的关系，提出了加速度的定义；牛顿第三定律揭示了作用力与反作用力之间的关系，指明两个力是同一性质的力。

2.力學问题

力学问题主要研究的是物体的受力，及其在力的作用下产生的形变和运动，在解决力学问题时，首先需要明确研究对象，然后按照先场力后摩擦力的顺序进行受力分析。

3.牛顿定律与力学问题的关系

我们知道，力学问题与物体的运动有很大的联系，而牛顿运动定律主要研究的就是力与运动的关系，因此，运用牛顿定律解决力学问题具有重要的意义。

二、牛顿定律与力学问题的综合运用

1.牛顿第一定律与力学问题的综合运用

在一些力学题目中，经常会涉及到物体的平衡问题或者物体的匀速直线运动问题，为此需要借助牛顿第一定律的理论对物体进行受力分析并求出题目中未知的力。比如题目中已经给出了物体受到的一些力，为了使物体在和外力的作用下保持平衡，求未知的力。对于这样的题目，我们知道，物体保持平衡也就是说物体处于静止或者匀速直线运动状态，由牛顿第一定律可知，物体受到的外力之和为零，从而借助三角形定则或者平行四边形就可以求得未知力的大小和方向。

2.牛顿第二定律与力学问题的综合运用

在运用牛顿第二定律解决力学问题的过程中，首先要正确选择参考系，然后对物体进行受力分析，最后结合物体的运动状态采用加速度计算公式求相关的力，或者在已知力的条件下求物体的加速度进而确定出物体的运动状态。

比如这道题：如图1所示，质量相等的两个物体A、B之间用一根轻弹簧进行连接，再用一根细线将整体悬挂在天花板上，此时整体处于静止状态，求剪断细线的瞬间物体的运动状态。

解题过程：首先，对物体进行受力分析，B物体受到重力、弹簧向上的弹力，此时处于静止状态，重力mg=F弹，A物体受到重力mg、弹簧向下的弹力F‘弹=F弹、细线对其产生的拉力T的作用而处于静止状态，因此，T=2mg；剪断细线的瞬间，弹簧并不会立即恢复原状，因此，弹力不会立即发生变化，A受到的力为重力和弹簧向下的弹力，合外力为2mg，由牛顿第二定律可知，A的加速度为a==2g，B物体受到的力不发生改变，因此仍处于静止状态。

这道题是通过分析物体受力而确定物体的运动状态，下面再举一个已知物体的运动状态分析其受力情况的例子。

如图2所示，光滑水平面上放置质量分别为m、2m、3m的三个木块，其中质量为2m和3m的木块用不可伸长的轻绳相连接，轻绳能承受的最大拉力为T。现用水平拉力F拉质量为3m的木块，使三个木块一起以同一个加速度运动，则以下说法正确的是（）

A.质量为2m的木块受到四个力的作用

B.当F逐渐增大到T时，轻绳刚好被拉断

C.当F逐渐增大到1.5T时，轻绳还不会被拉断

D.轻绳刚要被拉断时，质量为m和2m木块间的摩擦力为

本题的答案为C选项，解题过程如下：

首先取整体为研究对象，对其受力分析，合外力仅由F提供，加速度为a=，因此，质量为m和质量为2m的木块之间存在着摩擦力的作用，，因此质量为2m的木块受到重力、支持力、压力、拉力以及摩擦力的作用，A选项错误；若轻绳被拉断，则其拉力为T，取质量为m和质量为2m的木块整体为研究对象，由牛顿第二定律可知其加速度为，再将三个木块整体做为研究对象，进行受力分析可得F=6，所以当轻绳被拉断时，F=2T，选项B错误，C正确；由之前的分析可知，轻绳刚要被拉断时，而质量为m的木块仅受到摩擦力的作用，且，所以选项D错误。

通过对上述两道题目进行分析，可以看出牛顿第二定律在解决力学问题中应用比较广泛，核心是选取正确的研究对象，灵活运用牛顿第二定律计算研究对象的和加速度或者某一方向上的加速度，从而达到巧妙解题的目的。牛顿第二定律不仅在直线运动问题中有所运用，在抛体和圆周等运动中也对解题起到重要的作用，可以说，牛顿第二定律贯穿于整个高中物理的解题过程，深入熟练地掌握该定律有利于对物体的运动状态进行正确的分析。

3.牛顿第三定律与力学问题的综合运用

在运用牛顿第三定律解题时需要注意的主要问题就是作用力和反作用力的同时性以及它与平衡力之间的差别，其在实际问题中的意义在于能够根据一个物体的受力推测与该物体相关的其他物体的受力情况，从而准确全面地对物体进行受力分析。比如（二、2）中的第二道题，质量为m的木块对质量为2m的木块产生一个向下的压力，同时，质量为2m的木块对质量为m的木块产生一个向上的支持力，二者大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，因此在对质量为2m的木块进行受力分析的过程中就不容易将质量为m的木块对其产生的压力忽略掉。

三、结语

综上所述，牛顿定律在高中力学问题中发挥了重要的作用，学好牛顿定律是学好高中物理的必要前提和基础，在学习过程中不仅要多做题，而且还要不断地反思和总结，最终实现将牛顿定律灵活运用于力学问题的目的。

参考文献：

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