定律定义 牛顿在《自然哲学的数学原理》发表的原始表述:动量为 的质点,在外力 的作用下,其动量随时间的变化率同该质点所受的外力成正比,并与外力的方向相同;用公式表达为: 。 [1] 常见表述:物体加速度的大小与合外力成正比,与物体质量成反比(与物体质量的倒数成正比)。加速度的方向与合外力的方向相同。牛顿第二运动定律可以用比例式来表示,即 或 ;也可以用等式来表示,即∑F=kma,其中k是比例系数;只有当F以牛顿、m以千克、a以m/s²为单位时,∑F=ma成立。 [2] 定律特点 牛顿第二运动定律有五个特点:瞬时性:牛顿第二运动定律是力的瞬时作用效果,加速度和力同时产生、同时变化、同时消失。矢量性: 是一个矢量表达式,加速度和合力的方向始终保持一致。独立性:物体受几个外力作用,在一个外力作用下产生的加速度只与此外力有关,与其他力无关,各个力产生的加速度的矢量和等于合外力产生的加速度,合加速度和合外力有关。因果性:力是产生加速度的原因,加速度是力的作用效果h故力是改变物体运动状态的原因。等值不等质性:虽然 ,但 不是力,而是反映物体状态变化情况的;虽然 ,仅仅是 度量物体质量大小的方法,m与 或 无关。 [3] [4] 实验验证 牛顿第二运动定律实验是物理中的一个很基础、必要的验证性实验,涉及到检验一个物理定律或规律的基本途径和方法,因此对于其实验精度往往有特殊的要求。 [5-7] 牛顿第二运动定律验证实验,就是测量在不同的 作用下运动系统的加速度 ,并检验二者之间是否符合上述关系。 [8-9] 利用现代的实验教学设施改进和补充原来的实验手段,更能体现出物理学的科学素养和科学态度。 [10] 牛顿第二运动定律主要的实验验证方法实验验证方法图示用打点计时器法验证:研究系统的加速度与系统的质量和拉力间的关系时,将打点计时器固定在木板的一端,把砝码和小车栓在细线的两端,细线跨过滑轮,砝码的重量作为拉力,让拖着纸带的小车在平直的平面上运动,则小车及其上的砝码、线的另一端栓着的钩码组成一个运动系统。每次实验均须在纸带上注明拉力和系统的质量。为了抵消摩擦力,通常采取以下两种方法:倾斜滑动法、水平拉线法。 [11] 在气垫导轨上验证:将气垫导轨调平后(由于导轨都存在一定的弯曲,滑块与导轨间存在阻力,所以调平在实验中一般用滑块通过两个光电门时的速度相等来衡量),测出粘性阻尼常数b。为了