對于此次太空授課，是我國利用載人航天飛行普及航天知識的一次嘗試。授課內(nèi)容主要是介紹失重條件下物體運(yùn)動的特點(diǎn)、液體表面張力的作用，加深學(xué)生們對質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。目的是向中小學(xué)生傳遞航天科學(xué)知識，進(jìn)一步激發(fā)廣大青少年對宇宙空間的向往、對學(xué)習(xí)科技知識的熱情。

　　牛頓第二定律的定義

　　物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量成反比 高中生物，加速度的方向跟合外力的方向相同。

　　牛頓第二定律的公式

　　∑F=ma，∑F表示物體受到的合外力，m表示物體的質(zhì)量，a表示物體的加速度。根據(jù)牛頓第二定律，規(guī)定國際單位制中力的單位“牛頓”(簡稱“牛”，符號是N)為：使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1N，即1N=1kg?m/s2。

　　牛頓第二定律的六個性質(zhì)

　　(1)因果性：力是產(chǎn)生加速度的原因。若不存在力，則沒有加速度。

　　(2)矢量性：力和加速度都是矢量，物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式∑F=ma中，等號不僅表示左右兩邊數(shù)值相等，也表示方向一致，即物體加速度方向與所受合外力方向相同。根據(jù)他的矢量性可以用正交分解法講力合成或分解。

　　(3)瞬時性：當(dāng)物體(質(zhì)量一定)所受外力發(fā)生突然變化時，作為由力決定的加速度的大小或方向也要同時發(fā)生突變;當(dāng)合外力為零時，加速度同時為零，加速度與合外力保持一一對應(yīng)關(guān)系。牛頓第二定律是一個瞬時對應(yīng)的規(guī)律，表明了力的瞬間效應(yīng)。

　　(4)相對性：自然界中存在著一種坐標(biāo)系，在這種坐標(biāo)系中，當(dāng)物體不受力時將保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，這樣的坐標(biāo)系叫慣性參照系。地面和相對于地面靜止或作勻速直線運(yùn)動的物體可以看作是慣性參照系，牛頓定律只在慣性參照系中才成立。

　　(5)獨(dú)立性：物體所受各力產(chǎn)生的加速度，互不干擾，而物體的實(shí)際加速度則是每一個力產(chǎn)生加速度的矢量和，分力和分加速度在各個方向上的分量關(guān)系，也遵循牛頓第二定律。

　　(6)同一性：a與F與同一物體某一狀態(tài)相對應(yīng)。

　　與牛頓第一定律的區(qū)別和聯(lián)系

　　由牛頓第二定律可以得出，當(dāng)物體不受外力或所受合力為0時，物體將保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，但是不能說牛頓第一定律是牛頓第二定律的特殊情況。牛頓第一定律有其自身的物理意義和獨(dú)立地位，如給出了力的定性概念，給出了慣性概念，是整個動力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)等，定性的揭示力與運(yùn)動的關(guān)系。牛頓第二定律則進(jìn)一步定量地揭示了加速度與力以及質(zhì)量間的關(guān)系。

　　常見錯誤

　　(1)速度越大，加速度越大。

　　(2)速度與加速度方向相同。

　　(3)合力減小，速度也會減小。

　　經(jīng)典習(xí)題

　　【例1】在光滑的水平面上做勻加速直線運(yùn)動的物體，當(dāng)它所受的合力逐漸減小而方向不變時，物體的( )

　　A. 加速度越來越大，速度越來越大

　　B. 加速度越來越小，速度越來越小

　　C. 加速度越來越大，速度越來越小

　　D. 加速度越來越小，速度越來越大

　　解析及答案

　　對于某個物體，合力的大小決定加速度的大小，合力的方向決定三定是增加還是減小。開始時物體做勻加速直線運(yùn)動，說明合力方向與速度方向相同。當(dāng)合力逐漸減小時，根據(jù)牛頓第二定律可知，物體的加速度在逐漸減小。但合力的方向始終與物體運(yùn)動的方向相同，物體仍做加速運(yùn)動，速度仍在增加，只是單位時間內(nèi)速度的增加量在減小，即速度增加得慢了。正確選項(xiàng)為D。

　　點(diǎn)評：有同學(xué)可能會錯誤地認(rèn)為：合力減小了，速度也隨之減小，產(chǎn)生這種錯誤的原因是沒有弄清合力對速度的影響。合力的大小會影響到加速度的大小，影響到速度變化的快慢;速度是增加還是減小要看合力方向與速度方向的關(guān)系。要注意正確理解力、加速度和速度之間的關(guān)系。加速度與合力有直接的關(guān)系，加速度的大小與合力的大小成正比，方向總與合力的方向相同;一般情況下，速度的大小與合力的大小無直接聯(lián)系。

　　【例2】勻速上升的升降機(jī)頂部懸有一輕質(zhì)彈簧，彈簧下端掛有一小球。若升降機(jī)突然停止運(yùn)動，在地面上的觀察者看來，小球在繼續(xù)上升的過程中

　　A.速度逐漸減小

　　B.速度先增大后減小

　　C.加速度逐漸增大

　　D.加速度逐漸減小

　　解析及答案

　　本題研究的是牛頓第二定律的瞬時性與物體在變力作用下的運(yùn)動問題。物體原來勻速上升，這時彈簧彈力與物體的重力平衡，當(dāng)升降機(jī)突然停止運(yùn)動后，由于慣性小球繼續(xù)向上運(yùn)動，使彈簧縮短，彈力減小，合力方向向下且逐漸增大，所以加速度變大，速度減小;當(dāng)彈簧的長度減小到自然長時，彈力為零，小球的加速度等于重力加速度g,隨著小球繼續(xù)上升彈簧開始被壓縮，彈力向下且逐漸增大，小球的加速度大于重力加速度并繼續(xù)增大，速度繼續(xù)減小直到減小為零。在答題中有相當(dāng)一部分考生，沒有注意到物體開始做勻速運(yùn)動時彈簧彈力等于小球重力這一條件，而認(rèn)為開始彈力大于重力，從而得出速度先增大后減小的結(jié)論(誤選B)。解答物體在變力作用下的運(yùn)動，關(guān)鍵是分析力及其變化規(guī)律，然后由運(yùn)動公式和牛頓第二定律瞬時性來確定物體的運(yùn)動情況。正確解答：AC

　　【例3】超重和失重就是物體的重量增加和減小嗎?

　　答：不是。

　　只有在平衡狀態(tài)下，才能用彈簧秤測出物體的重力，因?yàn)榇藭r彈簧秤對物體的支持力(或拉力)的大小恰等于它的重力。假若系統(tǒng)在豎直方向有加速度，那么彈簧秤的示數(shù)就不等于物體的重力了，大于mg 時叫“超重”小于mg叫“失重”(等于零時叫“完全失重”)。

　　注意：物體處于“超重”或“失重”狀態(tài)，地球作用于物體的重力始終存在，大小也無變化。發(fā)生“超重”或“失重”現(xiàn)象與物體的速度V方向無關(guān)，只取決于物體加速度的方向。在“完全失重”(a=g)的狀態(tài)，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失，比如單擺停擺、浸在水中的物體不受浮力等。

　　另外，“超重”或“失重”狀態(tài)還可以從牛頓第二定律的獨(dú)立性(是指作用于物體上的每一個力各自產(chǎn)生對應(yīng)的加速度)上來解釋。上述狀態(tài)中物體的重力始終存在，大小也無變化，自然其產(chǎn)生的加速度(通常稱為重力加速度g)是不發(fā)生變化的，自然重力不變。

　　原創(chuàng)習(xí)題

　　1.關(guān)于動車D301次列車啟動和行駛時的說法正確的是

　　A. 動車啟動瞬間速度和加速度都為零

　　B. 動車在行駛過程中速度與加速度方向始終相同

　　C. 動車的牽引力與重力的合力提供動車的加速度

　　D. 以上說法均錯誤

　　解析與答案

　　動車啟動瞬間受到巨大的牽引力，速度為零，而加速度不為零;動車加速行駛時速度與加速度方向相同，減速是速度與加速度方向相反;動車的牽引力與向后摩擦力的合力提供加速度。答案：D

　　2.當(dāng)動車以10m/s的初速度,8m/s2的加速度向前行駛時，一位受到600N重力的乘客端坐在座位上，此時這位乘客所受到向前的力約為

　　A. 75N B. 600N C. 480N D. 60N

　　解析與答案

　　根據(jù)F合=ma，a=8m/s2,m=G/g=60kg，故F合=ma=480N，初速度是干擾條件。

　　3.在動車D3115次列車在啟動的過程中牽引力逐漸由大減小到某一數(shù)值(大于摩擦力)，這一過程動車的運(yùn)動狀態(tài)是 [ ]

　　A.勻加速運(yùn)動

　　B.勻減速運(yùn)動

　　C.速度逐漸減小的變加速運(yùn)動

　　D.速度逐漸增大的變加速運(yùn)動

　　解析與答案

　　牽引力逐漸減小，故加速度逐漸減小，但速度在不停地增大。答案：D。

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