邵曉丹

牛頓運動定律主要闡述了力和運動的關(guān)系，說明質(zhì)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(guān)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(zhì)量之間的定量關(guān)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(xué)的核心內(nèi)容，從牛頓定律出發(fā)，以數(shù)學(xué)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(xué)體系，此外，牛頓定律還是進一步學(xué)習(xí)熱學(xué)、電磁學(xué)等其他部分所必需的知識，它在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，因此，這一部分知識在力學(xué)和整個物理學(xué)中占有極為重要的地位，是經(jīng)典力學(xué)的重要內(nèi)容，要求學(xué)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(xué)的科學(xué)研究方法

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，讓學(xué)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(xué)生求知欲，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，而且有利于學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的獨立學(xué)習(xí)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(zhì)量m之間的定量關(guān)系，由于這是中學(xué)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(guān)的多元問題，所以我們在學(xué)習(xí)時必須體會物理學(xué)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(zhì)量不變，研究它的加速度跟外力的關(guān)系，再保持外力相同研究物體的加速度跟它的質(zhì)量的關(guān)系，另外，在實驗中還要求我們要學(xué)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(zhì)量的關(guān)系的圖象，找出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，運用列表、畫圖法處理數(shù)據(jù)，可以使我們知道結(jié)論是如何得出的，認識到實驗歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)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(nèi)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(zhì)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(yīng)注意以下幾個方面：

1.注意定律中的因果關(guān)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(zhì)量m。

2.注意定律中的瞬時對應(yīng)關(guān)系，定律中加速度與合外力存在瞬時對應(yīng)關(guān)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(guān)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(guān)，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(xué)問題時，使用下列步驟：

（1）確定研究對象，用質(zhì)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(jié)果是否合理。

2.第二定律的數(shù)學(xué)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(yīng)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(xué)發(fā)展的過程中，經(jīng)典力學(xué)用來解決很多實際問題時得到的結(jié)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(xué)研究領(lǐng)域和物理學(xué)深入到微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)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(xué)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(xué)是一門實驗科學(xué)，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(guān)系式導(dǎo)出，這些物理量稱為導(dǎo)出量，其單位稱為導(dǎo)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(mào)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(mào)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(xué)、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(chǔ)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(dǎo)出單位和通用的詞冠，形成了一套嚴密、完整、科學(xué)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(xué)發(fā)展的又一標志，

3.國際單位制在物理計算中的應(yīng)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(jié)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。