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牛顿第二定律为什么不写成而是F=ma

2014-10-21霍良平

物理教师 2014年8期
关键词:方向实验质量

霍良平

(旬阳中学,陕西 旬阳 725700)

牛顿第二定律是研究质点在合力作用下,其运动状态如何变化的问题.在大学物理教程和高中物理教材中都是以实验为基础总结出的实验结论,对研究力和运动起到了决定性的作用,由于在高中教材中对牛顿第二定律的推导过程主要是在实验的基础上以国际单位为主线得出结论或F∝ma,而在具体的做题当中都是以F∝ma的形式出现,不写成的原因究竟是为什么?本文结合大学物理教程和高中物理教材做一比对分析.

大学教程[1]中:设质量为m的质点M,某时刻的速度为v,动量为mv,某时刻质点动量对时间的变化率等于该时刻作用在质点上所有力的合力R=∑iFi实验表明:

牛顿第二定律给出了力和动量变化之间的定量关系.当质点的质量可以看做是常量时,上式可写为

这就是大家熟悉的牛顿第二定律的表示形式.实验表明,当质点的质量随时间变化时,式(2)已不再成立,但式(1)仍然成立,说明用动量形式表示的牛顿第二定律具有更大的普遍性.

高中教材[2]中:分别采用控制质量和力的前提下,通过实验探究加速度与力、质量的关系,得出实验结论:物体的加速度跟受到的作用力成正比,跟物体的质量成反比.数学公式表示为

将上式写成等式,得

式中的k是比例系数,取国际单位(规定1N是使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力),k=1,上式可写为F合=ma.

(1)从单位制角度讲,最早物理学中使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度所需要的力叫……

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