运动与力的关系,自古至今一直是人们探索的课题。从亚里士多德提出“力是维持物体运动的原因”的观点,到牛顿第一定律揭示“力的真正效应不是使物体运动,而是改变物体的运动状态”,再到牛顿第二定律阐释力与加速度的定量关系“F=ma”,人们逐步深入理解了这一关系。
本讲我们将探究牛顿第二定律在动力学问题中的应用。以一个典型的例子展开,讲述了一个滑雪者在不同情况下的运动状态及所受力的分析。
【例题】(人教版新课标必修内容)一个质量为75kg的滑雪者,以v0=2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下,山坡的倾角θ=30°,在t=5s的时间内滑下的路程x=60m。已知重力加速度g=10m/s²,我们需要求解滑雪者所受的阻力(包括摩擦和空气阻力)。
(1)要求出滑雪者受到的阻力,首先需对其受力情况进行分析,进而利用牛顿第二定律求出加速度。
(2)当滑雪者到达山坡底端后沿水平面继续滑行时,其所受阻力为重力的0.2倍。要求解滑雪者在水平面上滑行的路程,需对滑雪者在水平面上的运动情况进行详细分析,应用动力学公式进行计算。
通过以上问题的解决,我们可以看到牛顿运动定律应用的两种基本类型:一是已知物体的受力情况,求解物体的运动情况;二是已知物体的运动情况,求解物体的受力情况。这两种情况都是以加速度为联系的桥梁。
在此基础上,我们还将探讨斜面上的常见受力情景图和相应的基本方程。以斜面为突破口,我们将找到应用牛顿第二定律解题的密码。通过解决一系列衍生问题,我们将深入理解正交分解法在解决动力学问题中的重要性,并掌握用正交分解法求解牛顿定律问题的一般步骤。
通过以上的学习和练习,我们将能够更好地理解并应用牛顿运动定律,解决各类动力学问题。无论是平衡问题、动力学问题,还是运动的合成与分解问题,我们都可以运用正交分解法进行求解,化繁为简,收到事半功倍的效果。
整体法和隔离法是选择研究对象的基本能力,在动力学问题中得到了很好的体现。整体法能使受力简单明了,隔离法则能突显单个物体的受力特征。在具体问题的求解中,我们需要根据实际情况灵活运用两种方法。