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如何运用牛顿运动定律解决问题
张小冲
曲靖市麒麟区高级中学,云南曲靖655000
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）01-0081-02
牛顿运动定律的综合应用问题是经典物理学的核心内容,是高考的重点和难点,本部分内容的考题突出了与实际物理情景的结合,出题形式多以大型计算题的形式出现.
一、牛顿运动定律的适用范围及条件
1．适用范围.牛顿运动定律适用于宏观物体的低速运动（速度远小于光速的运动）.对于高速运动的问题,需用相对论解决；对于微观粒子的运动,需用量子力学解决.
2．适用条件.牛顿运动定律只在惯性参考系中成立,地面及相对地面做匀速直线运动的参考系均可视为惯性系.
牛顿第二定律揭示了运动和力的内在联系.力是使物体产生加速度的原因,受到力作用的物体一定存在加速度.
我们可以结合运动学知识,解决有关物体运动状态的问题.
另一方面,当物体的运动状态发生变化时,一定有加速度,我们可以由加速度来确定物体的受力情况.
二、动力学的两类基本问题
1．根据物体的受力情况确定物体的运动情况.其解题基本思路是：利用牛顿第二定律F等于ma 求出物体的加速度a；再利用运动学的有关公式求出速度和位移等.
2．根据物体的运动情况确定物体的受力情况.其解题基本思路是：分析清楚物体的运动情况,选用运动学公式求出物体的加速度；再利用牛顿第二定律求力.
3．无论哪类问题,正确理解题意、把握条件、分清过程是解题的前提,正确分析物体受力情况和运动情况是解题的关键,加速度始终是联系运动和力的纽带、桥梁.可画方框图如下：
求解以上两类动力学问题的思路,可用如下所示的框图来表示：
说明：
（1）无论是哪种情况,联系力和运动的“桥梁”是加速度.
（2）物体的运动情况是由所受力及物体运动的初始条件共同决定的.
三、牛顿运动定律解题的几种典型思维方法
1．物理解题中物理理想化模型的建立
模型,是一种理想化的物理形态,是物理知识的一种直观表现.研究物理问题时,可利用抽象、理想化、简化、类比等手法,把研究对象的本质特征抽象出来,构成一个概念或实物体系,即构成模型.
从本质上讲,分析和解答物理问题的过程,就是构建物理模型的过程.我们平时所说的“明确物理过程”“在头脑中建立一幅清晰的物理图景”,其实就是指要正确地构建物理模型.
因此,我们研究物理问题,首先要明确研究对象是什么模型,再弄清楚物理过程是什么模型,才可以运用恰当的物理规律解题.
2．假设法
假设法是解物理问题的一种重要思维方法.用假设法解题,一般依题意从某一假设入手,然后运用物理规律得出结果,再进行适当讨论,从而找出正确答案,这样解题科学严谨、合乎逻辑,而且可以拓宽思路.
3．极限法（或称临界条件法）
在物体的运动变化过程中,往往达到某个特定状态时,有关的物理量将发生突变,此状态叫临界状态,相应的待求物理量的值叫临界值.利用临界值来作为解题思路的起点是一种很有用的思考途径,这种方法称为临界条件法.这种方法是将物体的变化过程推至极限——临界状态,抓住满足临界值的条件,准确分析物理过程进行求解.
4. 程序法
按顺序对题目给出的物体运动过程进行分析的方法简称“程序法”.“程序法”要求我们从读题开始,注意题中能划分多少个不同的过程或多少个不同的状态,然后对各个过程或各个状态进行分析.
例题5：用与水平方向成等于30°角的传送带传送重G等于5N的物体（物体相对传送带静止）,求在下述情况下物体所受的摩擦力.（）
（1）传送带静止.
（2）传送带以v等于5m/s 的速度匀速斜向上运动.
（3）传送带以a等于2m/s2 的加速度斜向下运动.
解析：物体的受力情况如图所示.
四、式中负号说明F 的方向与假设方向相反,即沿斜面向上在应用牛顿运动定律解决动力学问题中,当物体运动的加速度不同时,物体有可能处于不同的状态,特别是题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,往往会有临界现象,此时要采用假设法或极限分析法,看物体在不同的加速度时,会有哪些现象发生,尽快找出临界点,求出临界条件.
动力学中的典型临界问题：
（1）接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离临界条件是弹力FN等于0.
（2）相对静止或相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对静止或相对滑动的临界条件是：静摩擦力达到最大值或为零.
（3）绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是FT等于0.
（4）加速度最大与速度最大的临界条件：当物体在受到变化的外力作用下运动时,其加速度和速度都会不断变化,当所受合外力最大时,具有最大加速度；合外力最小时,具有最小加速度.当出现加速度有最大值或最小值的临界条件时,物体处于临界状态,所对应的速度便会出现最大值或最小值.
（责任编辑全玲）
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