對牛頓第二定律的要點分析

邵曉丹

牛頓運動定律主要闡述了力和運動的關系，說明質點為什么要做這種或那種運動，牛頓第一定律是研究力與運動的關系，闡明了力是引起物體運動狀態(tài)變化的原因，而牛頓第二定律闡明了物體的加速度大小和力與物體質量之間的定量關系，從而把物體受的力和物體的運動定量地聯(lián)系起來，牛頓第二定律是動力學的核心內容，從牛頓定律出發(fā)，以數(shù)學作為邏輯推理工具，我們可以得到一系列重要的物理規(guī)律，如動能定理等，從而建立起完整的經(jīng)典力學體系，此外，牛頓定律還是進一步學習熱學、電磁學等其他部分所必需的知識，它在科學研究和生產(chǎn)技術領域有廣泛的應用，因此，這一部分知識在力學和整個物理學中占有極為重要的地位，是經(jīng)典力學的重要內容，要求學生能牢固掌握，靈活運用。

一、通過實驗探究了解牛頓定律建立的過程，體驗物理學的科學研究方法

物理學是一門以實驗為基礎的學科，讓學生通過實驗親自探索物理規(guī)律，從中獲得原來并不知道的知識，不僅可以大大激發(fā)學生求知欲，調動學生的學習主動性，而且有利于學生掌握科學的研究方法，培養(yǎng)學生的獨立學習能力和創(chuàng)造能力。

本節(jié)要研究的問題是物體的加速度a跟物體所受外力F和質量m之間的定量關系，由于這是中學階段第一次遇到用實驗研究一個物理量同時跟另外兩個物理量有關的多元問題，所以我們在學習時必須體會物理學家在處理這類問題時的基本方法——控制變量法，如我們可先保持物體質量不變，研究它的加速度跟外力的關系，再保持外力相同研究物體的加速度跟它的質量的關系，另外，在實驗中還要求我們要學會列表記錄數(shù)據(jù)，分別作出表示加速度與力、加速度與質量的關系的圖象，找出加速度與力、質量的關系，運用列表、畫圖法處理數(shù)據(jù)，可以使我們知道結論是如何得出的，認識到實驗歸納總結物理規(guī)律是物理學研究的重要方法。

二、正確理解牛頓第二定律的含義

牛頓第二定律的內容表述為：物體的加速度跟物體所受的外力的合力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同，即F_合=ma，正確理解牛頓第二定律應注意以下幾個方面：

1.注意定律中的因果關系：力是產(chǎn)生加速度的原因，而不是產(chǎn)生速度的原因，加速度的大小決定于物體所受的合外力F_合和物體的質量m。

2.注意定律中的瞬時對應關系，定律中加速度與合外力存在瞬時對應關系，無論物體所受合外力的大小和方向如何變化，物體運動的加速度大小和方向總與合外力同步變化，故加速度與力同時存在、同時變化、同時消失，

3.注意定律中加速度與合外力之間的同向關系，牛頓第二定律公式是一個矢量式，公式中加速度和合外力都是矢量，加速度的方向取決于合外力的方向，加速度方向總是和合外力方向相同。

4。力的獨立作用原理，作用在物體上的每個力都將獨立地產(chǎn)生各自的加速度，與物體是否受其他力的作用無關，我們常稱之為力的獨立作用原理，合力產(chǎn)生的加速度就是這些加速度的矢量和。

三、掌握運用牛頓第二定律解決問題的分析方法

1.用牛頓第二定律解決力學問題時，使用下列步驟：

（1）確定研究對象，用質點表示分析對象、

（2）分析運動狀態(tài)，包括它的軌跡、速度和加速度。

（3）進行受力情況分析，畫出受力示意圖。

（4）建立坐標系，即選取正方向，根據(jù)牛頓第二定律列方程。

（5）統(tǒng)一已知量單位，代值求解。

（6）檢查所得結果是否合理。

2.第二定律的數(shù)學表示式F_合=ma，是矢量式，在解決具體問題時，往往把它寫成坐標軸上的投影式，按平面直角坐標有

t_x=ma_x

F_y=ma_y

3.應用牛頓第二定律必須注意使用國際單位制，這是因為規(guī)定了牛頓作為力的單位才使牛頓第二定律公式簡化為F=ma。

4.注意牛頓運動定律的適用范圍，在物理學發(fā)展的過程中，經(jīng)典力學用來解決很多實際問題時得到的結果都與實際情況相符合，證明了牛頓定律的正確性；但19世紀以來，隨著高速（可與光速相比）粒子進入物理學研究領域和物理學深入到微觀結構內部，牛頓定律與實驗事實發(fā)生了矛盾，這種矛盾由20世紀愛因斯坦的相對論和量子力學解決了，因此，我們認識到，牛頓運動定律只是對宏觀、低速物體才是正確的，這就是牛頓定律的適用范圍。

四、國際單位制

1.單位制

物理學是一門實驗科學，需要對各種物理量進行計量，這就要求確定單位由于各物理量之間存在著規(guī)律性的聯(lián)系，可選取少數(shù)物理量作為基本量，并為每個基本量規(guī)定一個基本單位，其他物理量的單位則可按照它們與基本量之間的關系式導出，這些物理量稱為導出量，其單位稱為導出單位，按照這種方法制定的一套單位，稱為單位制。

2.國際單位制

隨著世界各國商貿交流的不斷深入，因為各國物理量的單位不統(tǒng)一，單位之間的換算造成了很多人力物力和時間的浪費，影響了商業(yè)貿易，妨礙國際交流，有些甚至造成巨大損失，為此，各國迫切要求改進計量單位和單位制的統(tǒng)一，國際上為了建立一種簡單、科學、實用的計量單位制，國際米制公約各成員國于1960年通過采用一種以米制為基礎發(fā)展起來的國際單位制即SI單位制。

國際單位制規(guī)定了以下七個基本物理量及單位（見下表）：

同時SI單位制中還規(guī)定了一系列配套的導出單位和通用的詞冠，形成了一套嚴密、完整、科學的單位制。

SI單位制的提出和完善是國際科技合作的一項重要成果，也是物理學發(fā)展的又一標志，

3.國際單位制在物理計算中的應用

在物理計算中，如果所有已知量都用同一種單位制的單位表示，那么計算結果就用這種單位制的單位表示，因此，用同一單位制進行計算時，可以不必一一寫出各個已知量的單位，只在數(shù)字后面寫出正確的單位就可以了，這樣可以簡化計算，高中階段進行物理量的計算時，一律采用國際單位制。