高一開學第一次班會上我就講，牛頓第二定律貫穿高中物理，非常非常重要，大家期盼了3個月，終於等到它。翻開書一看，怎麼只有F=ma這一個公式呢？這有什麼難的？再看看練習題，一個個臉都綠了，不會做呀……今天來給大家講講，怎麼理解、學好牛頓第二定律，並看破出題人的套路。

牛頓三大定律的基礎

牛頓力學有三大定律，這所謂定律，是科學家透過各種實驗，從實驗現象中總結出來的規律，它的正確性由實驗來保證。定律是無法透過數學公式“推導”或“證明”出來，證明出來的叫做定理。和數學相比，數學可以從幾條預設的公理出發，透過邏輯推理、演繹證明出各種定理，在一個體系內，只要邏輯自洽不會自相矛盾，各種體系可以和諧共存。而物理要對現實世界負責，根基不能隨便選，一定要符合實驗，符合我們在自然界中觀測的結果。

最早提出實驗和數學相結合，把自然科學從亞里士多德的“自然哲學”裡帶出來的人，便是伽利略。他提出了三個重要的思想實驗（利用實驗+推理的方法在腦海中做的實驗），這三個實驗為牛頓建立慣性定律奠定了基礎。

第一個是重量不同的兩個鐵球下落，看誰先落地。他是這樣想的：如果重的比輕的下落快，把兩個鐵球綁一起，輕球會減慢重球下落速度，合起來的速度比重球慢；但綁一起兩個球總重量更大，又應該下落最快，這樣自相矛盾，說明重的應該和輕的下落一樣快（其實後來他還做了個斜面滾球實驗，透過觀察物體從斜面滾下的情況，推匯出了物體下落時的情況，並證明不論輕重，物理下落都是越來越快，且下落速度一樣）。

第二個是斜坡實驗，做一個極其光滑的V字型斜坡，把一個極其光滑的小球由靜止沿斜坡左側釋放，小球會滾到右側幾乎與左側相同的高度；減小斜坡右側與地面夾角，再次由靜止釋放小球，小球滾得遠了一些，但還是會滾到右側高度相同位置；不斷減小斜坡右側與地面夾角，如果右側完全水平，那麼小球只能一直滾下去，因為它將永遠達不到右側相同高度，也就是我們說的力不是維持物體運動的原因。

第三個是說假設你待在一條大船艙裡，艙裡還有其它飛蟲、動物、魚，你可以在船裡跳躍、扔東西，但看不到外面。如果船保持靜止或不做任何晃動的勻速直線運動，那麼你將無法分辨自己是運動還是靜止的。

牛頓正是在伽利略的研究基礎上，最終提出了牛頓第一定律，也就是慣性定律。一個物體如果不受到力的作用，它將保持靜止或勻速直線運動狀態。

牛頓第二定律的出現

牛頓第一定律透過各種實驗、現象證明，力是改變物體運動狀態的原因。那麼如果我給你一個力，你的運動狀態（速度）能改變多少呢？這個定量的計算，就需要透過牛頓第二定律來進行了。

既然力能夠改變一個物體的速度，那我們就需要一個物理量來描述速度的變化。汽車能夠往前跑，源自發動機提供的牽引力，這個力使汽車的速度發生了變化。那是比速度的變化量嗎？很顯然不是，人從靜止跑到10m/s，慢跑和快跑肯定用得力不一樣，火車慢慢提速，最終能超過汽車，但速度變化的時間不一樣，所以我們要限定相同的時間，比較相同時間內速度的變化量，這就是我們開學學的加速度。還是從跑步這件事上看，我們就能體會到，發力（合外力）越大，速度變化越快，加速度越大。

還有其它影響加速度的因素嗎？讓人用相同的力拉不同物體，一邊拉腳踏車，另一邊拉汽車，顯然輕的腳踏車更容易拉動，也就是說，物體得到的加速度，不僅和力的大小有關，還和物體的質量有關，質量越大，加速度越小，也和第一定律呼應上了，物體質量越大，慣性越大，速度的改變越困難。

此時，牛頓第二定律也就閃亮登場了，物體的加速度與合外力成正比，與質量成反比，寫出來就是F=ma。

再看一眼牛頓第三定律，力的作用總是相互的，你給桌子一個壓力，也會感受到桌子給你的支援力。

有了牛頓三大運動定律，也就構成了牛頓力學的根基，然後就可以分析萬事萬物的運動情況了。

為什麼物體會運動？背後隱藏的規律是怎麼樣的？很多人都嘗試去解釋，但都不盡如人意。牛頓三大定律給出了一套完整的解釋：一個物體如果不受外力（合外力為零），那麼它將保持原有的運動狀態，靜止或做勻速直線運動。如果合外力不為零，它的速度就會發生變化，得到一個加速度。想知道具體加速度是多少？可以用F=ma來進行計算。

舉高的物體為什麼會下落？因為受到了重力。如何下落？越來越快地落，因為重力提供了加速度。輕的物體和重的物體為什麼一樣快下落，因為重力與質量的比值是相同的，所以加速度一樣。

類似的例子還有很多，但我們會發現，物體複雜多變的運動形式，可以透過對力的分析來進行研究，也就是把運動和受力兩件事緊密聯絡到了一起。此時，運動學的重心就從對運動的分析轉向了對受力的分析，想學好牛二定律，就一定要把前面的受力分析學透徹。

換個角度看題型變化

很多同學覺得習題難，但如果從出題人的角度來看，高中階段出的題變化真的不多。

牛二定律F=ma，一邊是力，一邊是運動，所有題都是圍繞著受力改變運動形式來出的。

我們要學習的力有哪些？從力的本質上講只有引力和電磁力兩種，電磁力的表現形式還包括彈力、支援力、壓力、摩擦力、電場力、磁場力，引力就只能以重力的形式表現出來。

運動的形式有哪些？靜止、勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動（其實是勻速直線運動和勻變速直線運動的疊加）、圓周運動，沒有了（變加速運動不學也不會考）。

最簡單的考法，就是給你一個力，然後讓你求它給物體帶來的加速度，這直接套個公式就完了。怎麼變？可以更換力的種類，重力做完換彈力，彈力會做完換摩擦力，摩擦力做完再換別的力。運動那邊就拿勻速直線運動、勻變速直線運動、圓周運動、平拋運動來回換就好了。

可高考沒這麼簡單，高考是選拔性考試，得把難度拉開。力的種類不能新增，運動形式也不能新增（變速運動不讓用），那怎麼辦？

第一種，把力疊加起來，讓物體多受幾種力，也就是我們常說的“帶電粒子在電場、磁場中的運動”，或者是把物體用彈簧拉著在粗糙平面上運動，把重力、彈力、摩擦力統統用上。

第二種，把運動疊加起來，不是同一時刻疊加，而是分階段“累加”，也就是先勻加速，再勻速，再圓周，再平拋，就這四種運動，多加上幾段，難度也就上來了，也能繞暈一部分同學。

第三種，把物體疊加起來，也就是多物體一起受力、一起運動，又能繞暈一些同學。數一數這多物體，包括兩物塊接觸（滑塊木板、傳送帶）、兩物體撞擊（子彈木塊）、兩物體連線（繩子連線、杆連線、彈簧連線），解法相信大家都記得，整體法隔離法來回切換。

怎麼樣，讀完這篇文章，是否感覺高中物理簡單了一些？雖然種類看起來很多，但整體結構清晰，只要根據不同的物體、不同的受力、不同的運動進行分析就好，所謂的模型很多種，其實就是變換了組合方式。

自然世界的規律往往是極簡的、樸素的，就像牛頓第二定律一樣，三個字母解釋了力和運動的關係。這些簡單的規律卻掌管著大千世界的各種變化，大到天體執行，小到原子電子，正是這種樸素的和諧，讓無數人對物理學著迷，希望本文能給物理學多拉幾個迷弟迷妹。