(1)比例式形式:a∝或F∝ma.
(2)等式形式:F=kma.
牛顿第二定律是在大量实验探究的基础上总结出来的,公式中的k为比例系数,F是指物体所受的合外力。
深化升华 通过探究实验得到了牛顿第二定律的表达式F=kma,由于k=,说明k的数值跟F、m、a所选择的单位有关,如果物体的质量m=1kg,得到的加速度a=1m/s2,那么,这时作用在物体上的外力F的数值就等于k的数值,把这时作用在物体上的力的大小定义为"1个单位的力",k的数值就等于1,力的单位就是"千克米每二次秒",称做"牛顿",用符号N表示,则1N=1kg·m/s2,也就是说1N的力使1kg的物体产生1m/s2的加速度。
在运用牛顿第二定律F=ma解决问题时,F、m、a的单位必须分别为N、kg和m/s2,即都取国际单位制中的单位。
3.牛顿第二定律的物理意义
牛顿第二定律的物理意义在于建立了物体的加速度与力及质量之间的定量关系,从而把运动和力结合起来,建立了力和运动之间的桥梁,知道物体的运动规律可以研究物体的受力情况,知道物体的受力情况可以预测物体的运动情况。
4.牛顿第二定律的性质
牛顿第二定律具有同向性、瞬时性、同一性、独立性、相对性等性质。
(1)同向性:物体加速度的方向与物体所受合力的方向总是相同。
(2)瞬时性:物体的加速度与物体所受的合力总是同时产生,同时存在,同时消失。所以牛顿第二定律反映的是力的瞬时效应,它是力的瞬时作用规律。例如,掷保龄球时,手对球有作用力使球的运动状态发生变化,产生了加速度。一旦球脱离了手之后,球就不再受手的作用,加速度立即消失,球做匀速直线运动(忽略阻力)。
(3)同一性:是指F合、m、a三者应对应同一个物体。如图6-2-4所示,若物体A和B均加速向右运动,但它们之间发生了相对滑动,设A与地面的动摩擦因数为μ1,B与A的动摩擦因数为μ2,在求物体A的加速度时,有些同学总认为B既然在A上,应该有F-μ1(ma+mb)g-μ2mbg=(ma+mb)aa。分析此方程,方程的左边是物体A受的合外力,但方程的右边却是A和B的总质量,显然合力F与质量m不对应,故此方程是错误的。
图6-2-4
(4)独立性:作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度,与物体是否受其他力的作用无关,合力的加速度即是这些加速度的矢量和。
(5)相对性:物体的加速度必须是对静止的或匀速直线运动的参照物而言的。对加速运动的参照物不适用。再如图6-2-4所示,若物体A、B均加速运动,但加速度不同,求B相对于A的加速度时,若以A为参照物运用牛顿第二定律则是错误的,因为A是加速运动的。只能是运用牛顿第二定律求B对地的加速度aB,求A对地的加速度aA,然后得到aBA=ab-aa。
方法点拨 应用牛顿第二定律解题的一般步骤: