涵盖内容
本标准属于力与运动 I。在一对一课程中,我们先把概念讲清楚,再直接按 SPM 的要求应用,带正确单位、写完整过程。
可能用到的公式
如何考核
它可能出现在试卷一(客观题)与试卷二(结构题),若涉及实验,也可能出现在试卷三。我们不预测考题,而是为所有情况准备好技巧。
常见错误
如何学习
准确记住定义,用完整过程练一两道 SPM 风格的题目,并把它与力与运动 I的其余部分联系起来。
你需要掌握的要点
力是能改变物体形状、速率或运动方向的推力或拉力。牛顿第二运动定律指出,作用在物体上的净力等于动量变化率,在质量不变的情况下可简化为F = ma,其中F为净力,单位为牛顿(N),m为质量,单位为千克(kg),a为加速度,单位为m s⁻²。
牛顿本身是一个导出单位,定义为使1 kg质量产生1 m s⁻²加速度所需的力,因此1 N = 1 kg m s⁻²。
只有净力(合力),即作用在物体上所有力的综合效果,才能产生加速度;如果作用在物体上的各力相互平衡,净力为零,物体将保持静止或继续以恒定速度运动,这与牛顿第一定律一致。例如,10 N的合力作用在质量为2 kg的物体上,产生的加速度为a = F / m = 10 N ÷ 2 kg = 5 m s⁻²。
力是矢量,因此在合成作用于同一物体上的多个力时,必须始终考虑方向。
例题解析
题目:一个24 N的合力作用在质量为6 kg、最初静止在光滑水平面上的手推车上。求产生的加速度以及3 s后手推车的速度。
已知:F = 24 N,m = 6 kg。利用F = ma:a = F / m = 24 N ÷ 6 kg = 4 m s⁻²。
要求3 s后的速度,用v = u + at,其中u = 0 m s⁻¹:v = 0 m s⁻¹ + (4 m s⁻² × 3 s) = 12 m s⁻¹。手推车以4 m s⁻²的加速度加速,3 s后速度达到12 m s⁻¹。
此例说明一旦求出加速度,F = ma便可直接与运动方程连接,从而计算出速度或位移等其他物理量。
考试如何考查
试卷一的客观题常要求考生利用F = ma计算力、质量或加速度,或指出力的国际单位及其以基本单位表示的定义。试卷二的结构题和论述题经常要求考生在应用F = ma之前,先从作用在物体上的多个力求出合力,或解释牛顿第二定律如何应用于所描述的情境,例如为什么载重更重的货车在相同驱动力下加速比空车慢。
试卷三的实验工作可能涉及改变质量或施力的手推车实验,以探究加速度分别如何随之变化。
常见错误包括在存在摩擦力等其他力时,误用施加的总力而非净力;在代入F = ma时把质量与重量混淆;以及给出力的答案时漏写牛顿单位。由于SPM物理科没有提供公式表,F = ma必须准确记熟,连同牛顿定义为1 kg m s⁻²也须牢记,以便毫不犹豫地回答单位推导类题目。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)