牛顿第二定律教学研讨
在物理教材中，牛顿第二定律指出：物体的加速度跟物体所受的外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度方向和外力方向相同。
表达式：F∝ｍａ上式可改写成：F＝kmak为比例系数。
由此动能：E=mv2
公式分析：
1、外力与加速度成正比，物体做加速运动是受恒力作用；
2、物体的动能只与质量和速度平方成正比，与运动的时间无关。
以上这两个观点在实践中受到质疑，物理中对力的定义：力是一个物体对另一个物体的相互作用。所以力就是一个运动的，质量为M的物体，快速地作用另一物体，力的公式应写成：F=mv，力等于物体的质量乘以速度。实际中有很多例子说明力与质量、速度有关。如：用高压水枪击穿水泥板和钢板的例子；用X射线透视；射线；射线……可以穿透人体，为人治病。虽然物体（粒子）质量很小，但速度很大，力很大，所以能穿透物体。
当物体受力做匀加速运动时，速度为零时，力也是零；速度愈大，受力也愈大，所以力是变力，把做匀加速运动的物体是受恒力作用的观点是错误的(实际中，自行车骑得愈快，人蹬的力也愈大)。所以力的公式应该写成：F=mv或写成：F=mat。力与物体质量成正比、与与速度成正比、与加速度无关。物体高速运动，当加速度为负值时，力也等于F=mv。物体相互作用时，加速度一般是负值的。
匀加速运动是受变力作用，平均力为:=mv(牛顿)
功为:A=s=mv×a=mt.（焦耳）
下面举个例题来验证以上公式。
例：有两个质量相同的物体，甲为m1和乙为M2两个各为1千克的物体，在静止状态下，甲在外力的作用下以1米/秒2的匀加速度前进；乙在外力的作用下以10米／秒2的匀加速度前进，当甲和乙的末速度同为10米／秒时,求甲和乙两物体移动距离和做功和动能各多少?
求甲的运动距离S1；求时间T1；功：W1动能Ek
已知：m1=1千克a1=1米／秒2V1=10米／秒
解：S1====50米T1===10秒
W1=×S=×S1=×50=250焦耳
Ek==1×102×10=250焦耳
求乙的运动距离S2；求时间T2；功：w2;;动能Ek
已知：m2=1千克a2=10米／秒2v2=10米／秒
解:S2====5米T2===1秒.
W1=×S=×S2=焦耳
Ek=mt=×1×102×1=25焦耳
按经典公式，只要甲乙物体质量相同,末速度相同，甲乙两物体的动能也一定相等。上题甲、乙物体的动能：Ek==50焦耳。
从上题公式推导：甲乙两物体速度同为v=10米／秒，但是甲物体运动距离是乙物体运动距离的10倍，那么甲物体所做的功是乙物体的10倍；物体移动距离愈远，做功愈多，所以对甲做的功是乙的10倍。所以经典理论认为：运动的物体，质量、速度相等动能一定相等的理论是错误的。因为速度是瞬时运动，代表力并不代表功，在运动之下移动距离才是做功，动能的大小与速度有关；还与运动的距离有关。
分析：1、两个物体质量、速度相同，动能不一定相等，运动时间不同，时间长的动能大；或加速度小的动能大于加速度大的动能。
2、现代技术的发展牛顿经典力学愈来愈不能满足科技的发展，如高速铁路列车；宇宙飞船的发展……对运行速度进行精密控制，可使速度变化很小，可近似简化为匀速运动。下面举个例题：
例、京港高铁全程2000公里，行驶速度360公里/小时，列车质量为m，问列车牵引力多少？列车从北京到香港消耗能量是多少(不计摩擦力)？
解：列车速度可看成是匀速的360公里/小时=100米/秒；质量为m
列车牵引力F=ｍv=100ｍ牛顿
列车消耗能量：E=Fs=100ｍ×2000,000米=2×108m焦耳
分析：经典力学中，认为物体做匀速运动（近似）牵引力不做功是错误的，匀速运动牵引力大小等于做加速运动时的力，即F=ｍv。
力的公式：Ｆ＝ｍｖ量纲：千克米秒-1
动能公式：Ek=1/4mv2t量纲:千克米2秒-1
牛顿第二定律是力学基础，也是物理学的起点，基础没打好，会造成理论大厦的倾斜；对宏观自然认识错误会影响对微观、宇观自然的认识。所以物理学的纠错工作迫在眼前。
关键词：牛顿第二定律Newton’sSecondLaw力force动能kinetic?energy物理教学physics?teaching
作者：王绍堂2005-6-4（20121130）（20140617）Email：7803008@163.com
??????????
1
|
|
