高一物理：牛頓第二定律知識點(diǎn)
1.定律內(nèi)容：物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同.
2.公式：F合=ma
牛頓原始公式：F=Δ(mv)/Δt(見牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》).即,作用力正比于物體動量的變化率,這也叫動量定理.在相對論中F=ma是不成立的,因為質(zhì)量隨速度改變,而F=Δ(mv)/Δt依然使用.
3.幾點(diǎn)說明：
(1)牛頓第二定律是力的瞬時作用規(guī)律.力和加速度同時產(chǎn)生、同時變化、同時消逝.
(2)F=ma是一個矢量方程,應(yīng)用時應(yīng)規(guī)定正方向,凡與正方向相同的力或加速度均取正值,反之取負(fù)值,一般常取加速度的方向反正方向.
(3)根據(jù)力的獨(dú)立作用原理,用牛頓第二定律處理物體在一個平面內(nèi)運(yùn)動的問題時,可將物本所受各力正交分解,在兩個互相垂直的方向上分別應(yīng)用牛頓第二定律的分量形式：Fx=max,Fy=may列方程.
4.牛頓第二定律的五個性質(zhì)：
(1)因果性：力是產(chǎn)生加速度的原因.
(2)矢量性：力和加速度都是矢量,物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定.牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式∑F = ma中,等號不僅表示左右兩邊數(shù)值相等,也表示方向一致,即物體加速度方向與所受合外力方向相同.
(3)瞬時性：當(dāng)物體(質(zhì)量一定)所受外力發(fā)生突然變化時,作為由力決定的加速度的大小和方向也要同時發(fā)生突變;當(dāng)合外力為零時,加速度同時為零,加速度與合外力保持一一對應(yīng)關(guān)系.牛頓第二定律是一個瞬時對應(yīng)的規(guī)律,表明了力的瞬間效應(yīng).
(4)相對性：自然界中存在著一種坐標(biāo)系,在這種坐標(biāo)系中,當(dāng)物體不受力時將保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài),這樣的坐標(biāo)系叫慣性參照系.地面和相對于地面靜止或作勻速直線運(yùn)動的物體可以看作是慣性參照系,牛頓定律只在慣性參照系中才成立.
(5)獨(dú)立性：作用在物體上的各個力,都能各自獨(dú)立產(chǎn)生一個加速度,各個力產(chǎn)生的加速度的矢量和等于合外力產(chǎn)生的加速度.
(6)同一性：a與F與同一物體某一狀態(tài)相對應(yīng).
牛頓第二定律的適用范圍
(1)只適用于低速運(yùn)動的物體(與光速比速度遠(yuǎn)低,特指F=ma形式).
(2)只適用于宏觀物體,牛頓第二定律不適用于微觀粒子.
(3)參照系應(yīng)為慣性系.在非慣性系中不適用.
但我們?nèi)钥梢砸?ldquo;慣性”使牛頓第二定律的表示形式在非慣性系中使用.
例如：如果有一相對地面以加速度為a做直線運(yùn)動的車廂,車廂地板上放有質(zhì)量為m的小球,設(shè)小球所受的和外力為F,相對車廂的加速度為a',以車廂為參考系,顯然牛頓運(yùn)動定律不成立.即
F=ma'不成立
若以地面為參考系,可得
F=ma對地
式中,a對地是小球相對地面的加速度.由運(yùn)動的相對性可知
a對地=a+a'
將此式帶入上式,有
F=m(a+a')=ma+ma'
則有 F+(-ma)=ma'
故此時,引入Fo=-ma,稱為慣性力,則F+Fo=ma'
此即為在非慣性系中使用的牛頓第二定律的表達(dá)形式.
由此,在非慣性系中應(yīng)用牛頓第二定律時,除了真正的和外力外,還必須引入慣性力Fo=-ma,它的方向與非慣性系相對慣性系(地面)的加速度a的方向相反,大小等于被研究物體的質(zhì)量乘以a.
(責(zé)任編輯：康彥林)
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