力学与简单机械 · 人教版高一物理必修一第四章
牛顿第二定律与连接体加速度模拟器
牛顿第二定律是经典力学基石：加速度与合外力成正比，与质量成反比。超重失重取决于加速度方向，与运动速度方向完全无关！
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- A4 实验报告
3D 物理实验视窗● 60 FPS
实验控制变量
N
kg
kg
实时推导与指标
系统加速度 a
--
绳张力 / 支持力 N
--
合外力 F_net
--
视重比 (N/mg)
--
【实时推导与公式代入】
基本公式：
--代入过程：
--物理状态： --
【经典例题深度剖析与考场防坑】
典题精析
【题干】 质量 60kg 的人站在电梯台秤上，电梯以 2m/s² 加速度加速上升，台秤示数是多少？当电梯以 2m/s² 减速上升时呢？（g=10m/s²）
【详细计算步骤】
- 1) 加速上升时 a 向上，N - mg = ma => N = m(g+a) = 60×(10+2) = 720N（超重）；2) 减速上升时 a 向下，mg - N = ma => N = m(g-a) = 60×(10-2) = 480N（失重）。
典题精析
【题干】 水平面上两物块 m1=3kg 和 m2=2kg 用轻绳相连，μ=0.1。用水平拉力 F=20N 拉 m1，求加速度及绳上拉力。（g=10m/s²）
【详细计算步骤】
- 整体摩擦力 f总 = 0.1×(3+2)×10 = 5N。整体加速度 a = (F - f总) / (m1+m2) = (20 - 5) / 5 = 3m/s²。隔离 m2：T - f2 = m2·a => T = 2×3 + 0.1×2×10 = 6 + 2 = 8N。
【课堂随堂探究单与课后作业】
Q1. 变式 1：在光滑水平面上，质量 4kg 的物体受两个共点力 F1=10N（水平向右）和 F2=6N（水平向左），物体的加速度大小和方向如何？
参考答案: 合力 F合 = F1 - F2 = 10 - 6 = 4N 向右。加速度 a = F合 / m = 4N / 4kg = 1m/s²，方向水平向右。
Q2. 变式 2：某人用弹簧测力计吊着 2kg 的重物在竖直方向运动，测力计示数为 24N，此时重物的运动状态可能是？（g=10m/s²）
参考答案: 重力 G=mg=20N。示数 N=24N > G，为超重，加速度 a = (24-20)/2 = 2m/s² 竖直向上。可能向上加速运动，或向下减速运动。
Q3. 变式 3：一辆汽车质量 1500kg，在平直公路上以 20m/s 行驶，紧急刹车后受恒定阻力 6000N，滑行多长时间停止？滑行距离多大？
参考答案: 减速度 a = f / m = 6000 / 1500 = 4m/s²。停下时间 t = v0 / a = 20 / 4 = 5s。滑行距离 s = v0² / (2a) = 400 / 8 = 50m。
【教学答疑与常见物理/数学误区】
“超重”是物体的重力变大了吗？
不是！物体的重力 G=mg 仅由质量和当地重力加速度决定，始终不变。“超重”指的是支持物对物体的支持力大于重力，产生向上的合力和加速度。
剪断细绳瞬间，弹簧和细绳的表现有什么不同？
细绳没有弹性形变缓冲，剪断瞬间绳中拉力立刻突变为 0；而弹簧形变量不能瞬时突变，弹簧弹力在剪断瞬间保持原有大小和方向不变。
如果外力撤去，物体的加速度会立刻消失吗？
是的！根据牛顿第二定律瞬时性，加速度由合外力决定。外力撤去瞬间合外力突变，物体的加速度立刻突变（速度不会突变）。
电梯自由下落时，手里的苹果松手后会掉在电梯地板上吗？
不会！人和苹果、电梯都在以 g 加速下落，苹果相对电梯静止，看起来像是“悬浮”在空中。