4.3 牛顿第二定律

教案 A

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　　　　　　　　　　　　　　惯性系和非惯性系

　　我们在学习中经常说"牛顿运动定律是普遍适用的"，其实只能直接地应用在"惯性系"中；对于"非惯性系"，则需要引入一个虚拟的"惯性力"，才能应用牛顿定律。

　　什么是"惯性系"，何为"非惯性系"？下面我们从在本章习题里遇到的"升降机"问题中来予以说明。设某一物体在静止的起重机上时，所受的重力为G；当起重机匀加速上升（或匀减速下降）时，悬挂物体的弹簧秤的拉力T大于G；当起重机匀加速下降（或匀减速上升）时，弹簧秤的拉力T小于G。这种现象对于以地面为参考系的观察者来说，并不难理解，因为：匀加速上升时：T-G=ma，所以T>G；匀加速下降时：G-T=ma，所以T

　　但是以在起重机里的观察者看来，则感到似乎物体所受的重力发生了变化。

　　由上边的例子可以看出：以不同的参考系进行观察，对同一事件可以得出不同的认识。当我们以地面为参考系时，可以运用牛顿运动定律来考虑问题，我们称这种"牛顿运动定律能够适用的参考系"为惯性系。当我们以做变速运动的起重机为参考系时，则不能直接应用牛顿运动定律来处理问题，我们称这种系统为"非惯性系"。

　　例如前进中的车辆骤然停止时，在惯性系中的地面上的观察者看来，车厢中的乘客没有受到外力，仍然向前做惯性运动，但车内乘客却觉得自己好像受到一个力，使自己向前倒去。人们为了使牛顿运动定律也能应用于非惯性系而引入了"惯性力"的概念。这个力不是由于物体间的相互作用而产生的，而是为了描写非惯性系的变速运动的性质而引入的假想的力；上面乘客感觉受到的力即为惯性力，为了与"惯性力"相区别，我们把物体间相互作用的力称为"牛顿力"。在非惯性系中运用牛顿第二定律处理问题时，不但要考虑"牛顿力"，而且还要考虑"惯性力"。

　　当然，在我们中学物理教材中的力学问题，都是在惯性系中来讨论的。

教学目标

　　一、知识与技能

　　1. 通过实验结论，归纳得出牛顿第二定律。进一步理解牛顿第二定律的内容和数学表达式。

　　2. 知道在国际单位制中的力的单位"牛顿"是怎样定义的。会用牛顿第二定律进行有关的计算。

　　二、过程与方法

1. 以实验为基础，归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律。