高中物理牛顿第二定律教学浅谈

文/李 辉

【摘 要】

作为高中阶段物理学科中重要概念之一，牛顿第二定律在整体知识结构中有着重要的承上启下作用，是对高中阶段物理知识的有效连接。不少物理教育工作者将牛顿第二定律视为高中物理教学的核心。依据自身从事高中物理教学的多年经验，笔者针对高中物理牛顿第二定律中的力学知识进行了知识框架的概括总结。

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关键词 高中物理；牛顿第二定律；教学；实验

作为高中阶段典型的验证性实验，牛顿第二定律相较于传统设计性实验和综合性实验而言，无论是实验过程还是实验手段都较为简单，然而简单的实验过程与实验手段不代表实验思想和实验方法也同样简单。在复杂的实验关系面前，简单的实验操作更加能够阐述其中的科学道理，这是实验教学探索性和启发性特征的体现。

一、关于牛顿第二定律

在牛顿第二定律中，物体加速度大小随着物体自身受到的作用力增大而随之增大，与此同时物体质量趋于减小，合外力方向与加速度方向相一致，即公式为F=ma。牛顿第二定律是对物理学中运动和力关系的一种概括，是较为经典的物理学定律。曾经在惯性定律中我们了解到并非是导致物体运动的原因，显然这与生活经验内容相违背，而在牛顿第二定律中我们认识所谓的运动过程侧重是指物体运动过程中状态的变化，在力的作用下物体运动方向或是速度发生了改变。

1.相互作用力

物理运动状态发生改变是受到力的作用的影响，我们经常在生活中碰到这样的例子，比如车辆在行使过程中的加速或是减速操作正是由于车辆自身运动速度受到摩擦力和牵引力的影响。加速运行时气缸中有大量汽油在燃烧，在传动装置作用下牵引力产生，加之滚动摩擦力的影响，使得车辆运动方向与合力方向相一致，进而形成加速运动的状态，这一过程中滚动摩擦力随之增大，直到与牵引力达到相互平衡的状态。

2.重力场运动

除了相互作用力和运动之间的关系问题外，牛顿第二定律在力学方面还涉及到重力场中力的应用问题。比如石子在斜上抛过程中初始的力一般都较为短暂，不易被察觉，在较大的加速度作用下飞快运动。需要注意的是，在初始力作用下石子运动速度减少再受到初始力作用影响，这其中不计与空气摩擦产生的作用力，因此重力是唯一对石子产生的作用力。在重力的影响下，石子对应的运动状态有了显著改变，这可从运动石子的大小及运动速度等方面得以体现。从运动合成及分解原理分析，这一运动作用力可被划分为垂直方向上的作用力与水平运动方向上的作用力两个方面。水平方向并不存在其余外力的影响，因此对应的石子运动速度并不会产生明显变化，至于垂直方向上的作用力则是受到重力的影响，并且在重力方向上还存在加速度的影响，这就使得垂直方向上的石子运动在具体速率方面呈现出先减小，而后在反方向迅速加速运动的现象。

二、牛顿第二定律实验操作

作为物理概念从理论演变为现实的必要基础，实验操作的重要性不可忽视，实验是帮助学生提升对物理概念感性认知的最直接手段。关于牛顿第二定律的实验操作过程可从教材中的实验获得教学灵感，以此加深学生对牛顿第二定律内容的本质理解。

1.实验装置

如下图1所示，实验过程中的长木板需要在其中一端设计定滑轮，并将其设定为滑块A与B，二者材料相同，置于长木板后借助不可伸长的轻绳连接滑块A与B，并将右边连接与打点计时器纸带相穿。

2.细节引导

缓慢抬起长木板后在滑块A置于长木板处时将其固定住，尽管教师能够理解这是平衡摩擦力作用，然而学生却可能存在不明白的地方，这就需要教师对其进行有效的引导，比如对学生提问若是模板抬起角度小则对应的滑块A会不会出现下滑现象。能够沿着长木板下滑这一过程能够阐述怎样的道理，这能够帮助学生更好地理解和运用摩擦力的概念。

3.实验分析

实验完成后教师可指导学生借助坐标纸上作图的方式来加深对牛顿第二定律相关概念的理解，牛顿第二定律关系图中的a-F或直线是过原点的，然而实际操作过程中学生能够计算得到的数据却并不一定达到预期效果，经常出现的情况是图像末端在原点处发生弯曲，进而导致图像不经过原点。学生可以分析若是摩擦力平衡状态下发生倾角过大或是过小的问题则对应的数据图像是怎样的，发生图像末端弯曲的主要原因是什么。对待真实的实验结果，学生应当寻找其中存在的原因，切忌简单化处理，并对其中的预期现象进行深入阐述，理清牛顿第二定律的概念，形成正确的实验认知，这是掌握和应用物理知识的关键所在。

4.习题评讲

作为物理问题情境设置的重要方式，习题的评讲过程能够帮助学生更好地实现对内化规律的吸收，且促进学生实验技能与方法的完善，这既是实验延伸的重要过程，更是对牛顿第二定律的有效应用，习题评讲中能够再一次对实验过程进行受力分析，加深理解。

综上所述，除了物理思想外，牛顿第二定律中还包含了丰富的物理实验方法，是后续物理课程学习的重要基础，这就需要教师在讲授牛顿第二定律时融入该定律建立与推导的相关过程，引导学生了解牛顿第二定律的形成全过程，这不仅能够让学生更好地掌握基本物理知识，且有利于学生对自然界运动定理的理解，这对于学生科学素养的提升和正确实验观的树立都有积极影响。

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参考文献

[1]刘方,陈刚.气垫导轨实验中导轨弯曲的系统误差分析[J].长江大学学报(自然科学版),2004,(01)

[2]陈刚.气垫导轨上空气膜厚度的测定[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2008,(01)

[3]李德地.浅谈用气垫导轨进行实验的相关问题[J].科教文汇(上旬刊),2010,(02)

【作者简介】

李辉，男，1984.10.05，陕西渭南，工作单位：渭南市铁路自立中学，本科，中学二级，沪科版物理。

（作者单位：渭南市铁路自立中学）