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把加速度与合力联系起来

你记得 F = ma,但题目一提到摩擦力,就不清楚该把哪个力代进公式。

本页内容
  1. 为什么合力这么重要?
  2. 怎样使用 F = ma?
  3. 例题详解
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 下一步

物体所受的合力等于它的质量乘以加速度:F = ma。这个公式里的力永远是合力(净力),加速度的方向与这个力相同。

这是力与动量的核心计算。它建立在计算合力之上,算出的加速度还可以用由斜率求加速度中的图像思路来核对。

为什么合力这么重要?

只有当物体所受的力不平衡时,它才会加速。一辆发动机驱动力为 3000 N 的汽车,并不会按 3000 N 来加速,因为摩擦力和空气阻力会把一部分抵消掉。只有剩下的部分,也就是合力,才会让汽车加速。

质量越大,要得到相同的加速度就需要越大的合力。所以同样用力一推,空车比载重的车加速得更快。

怎样使用 F = ma?

  1. 求出合力,沿运动方向把力相加减,方法和上一课一样。
  2. 把质量换成千克(如果题目以克给出)。
  3. 变换公式,得到所要求的量:a = F/m,F = ma 或 m = F/a。
  4. 代入并计算,然后写出单位。
  5. 检查合理性:合力越大,加速度应该越大。

例题详解

虚构情境: 一辆质量 1200 kg 的汽车,发动机驱动力为 3000 N。摩擦力和空气阻力合计 900 N。求加速度,以及从静止起 4.0 s 后的速度。

第一步,合力: 向前为正。3000 − 900 = 2100 N 向前。

第二步,质量: 已经是 1200 kg。

第三步,变换公式: a = F/m。

第四步,代入: a = 2100 ÷ 1200 = 1.75 m/s²,方向向前。

第五步,4.0 s 后的速度: v = u + at,其中 u = 0,所以 v = 1.75 × 4.0 = 7.0 m/s。

检查: F = ma → 1200 × 1.75 = 2100 N,与第一步算出的合力吻合。

要留意的错误

常见的失误是直接把驱动力代进公式。

错误的解法: a = 3000 ÷ 1200 = 2.5 m/s²。

学生用了发动机的力,而不是合力。900 N 的阻力被忽略了,所以加速度偏大。

改正的方法是在使用 F = ma 之前,先单独写一行“合力 = …”。这只需要十秒钟,就能消除最常见的错误。你也可以反过来检查:2.5 m/s² 需要 3000 N 的合力,而题目并没有给出这个合力。

自我检测

先试着做,再打开答案核对。

1. 一辆质量 4.0 kg 的小车受到 10 N 的合力。求它的加速度。

查看答案

a = F/m = 10 ÷ 4.0 = 2.5 m/s²。 检查:4.0 × 2.5 = 10 N。

2. 35 N 的合力使某物体产生 0.50 m/s² 的加速度。求它的质量。

查看答案

m = F/a = 35 ÷ 0.50 = 70 kg。 检查:70 × 0.50 = 35 N。

3. 一个质量 600 g 的球被踢出,加速度为 15 m/s²。求合力。

查看答案

换算:600 g = 0.60 kg。F = ma = 0.60 × 15 = 9.0 N。 检查:9.0 ÷ 0.60 = 15 m/s²。

下一步

F = ma 熟练之后,可以探讨两个物体相互作用时会发生什么:简单封闭模型中的动量守恒。如果你不确定力什么时候会互相抵消,可以回头看平衡力与没有力的区别。

代错力的学生通常明白公式,只是缺少先求合力的习惯。物理线上一对一补习的老师可以用你自己的题目帮你养成这个习惯。

常见问题

F = ma 里的 F 用哪个力?

用合力,也就是把物体所受的力相加减之后剩下的净力。只用驱动力会忽略摩擦力和空气阻力,算出的加速度会偏大。

F = ma 的单位是什么?

力的单位是牛顿(N),质量是千克(kg),加速度是米每二次方秒(m/s²)。如果质量以克给出,要先换成千克,例如 600 g = 0.60 kg,否则答案会相差 1000 倍。

加速度可以是负的吗?

可以。如果合力的方向与运动方向相反,物体就会减速,有时称为减速度。一定要说明方向。用文字说明方向时,计算出的加速度大小保持为正数。

更新于:

下一步

如果选对 F = ma 里的力仍然没把握,一对一的老师可以拿你自己的题目,一起画出受力,再指出该代入哪个值。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

家长:在这里咨询

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