物体的质量课例研究论文

牛顿第二定律描述：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，即F=ma，a=F/m

这两句话翻译过来，假设宇宙中有一个不受任何力作用的星球，它以一个初速度在宇宙中飘荡着，如果它一直不受任何力的作用，那么这颗星球就会沿着初始的方向匀速运动下去，唯一能让它改变的外力。如果给星球装一个像《三体》中的发动机，当发动机持续给予星球一个恒定的力，力的作用效果会体现在速度改变上，力越大加速度a就越大，而同样的力如果作用在一个质量较小的星球上，加速度就会更大。因此按牛顿的描述质量是物质的一种量，这种量决定了物质受到外力时，改变运动状态的程度，质量保持物质原本的“习惯性”状态，因此第一定律也称为惯性定律，说了这么半天，实际上牛顿并没有解释质量到底是什么？质量到底是怎么来的？

爱因斯坦说质量就是能量

1905年，爱因斯坦连发了多篇创世纪的巅峰论文，杨振宁回顾说：

爱因斯坦引发了人类关于物理世界的基本概念—时间、空间、能量、光、物质—的三大革命。

其中一篇论文让我们对质量有了一个新的认识，该论文的题目是一个问题《一个物体的惯性是否与它所含的能量有关?》，论文中他自己给予了一个肯定的回答：

一个物体的惯性质量是由该物体所含的能量决定的，质量就是能量。

而能量与质量的关系就是大家所熟知的质能等效方程：E为能量，m为质量，c为光速约为30万公里/秒，这预示着微小的质量能释放出巨大的能量。下面是人类的第一颗氢弹“迈克”，在岛上测试的画面，这颗氢弹爆炸的能量仅仅是大约500克的物质被转化为纯能量。

物质的构成

实际上，更严谨的说质量应该是能量的另外一种形式。质能等价源于爱因斯坦通过对《狭义相对论》质量与速度的关系的推导而来是一个物理与数学的结果，描述了质量是什么，但是还没有讲清楚质量为什么是能量，能量是什么来的，因此我们需要对物质进行拆解，看清楚物质最深处到底发生了什么。

水由水分子构成，分子有原子构成，原子又由原子核与核外电子构成，当我们继续深入会发现原子的结果大部分是空的。在微观层面，电子距离原子核非常远，它的质量太小，可以忽略不计。由于对撞机的出现，人类发现虽然原子核中的质子与中子占据了物质大部分质量，但它们也是由更小的粒子组成。

图：粒子标准物理模型，这里粒子构成了宇宙的万物

随着科学与科技水平的不断进步，人类发现的粒子越来越多，在2012年，我们发现了解释万物质量之源——希格斯玻色子。

四大力

这些粒子之间都遵守着各自的规则，会与自己有联系的粒子进行四大相互作用，这就是物质大部分能量的来源。

电磁相互作用（电磁力），这个是我们最熟悉的，电子带负电，质子带正电。麦克斯韦统一了电磁学描述了变化的电磁会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化的电场，电与磁产生电磁波，电磁波又是广义上的光，根据波粒二象性，光既是波又是粒子，因此我们可以看做电磁力实际上就是原子中光子被扔来扔去，进行电磁力的传递。我们日常生活主要的力都是电磁力。

强相互作用（强力）

，上述我们说过中子、质子并非最小的粒子，每个质子（中子）都由三个夸克组成，有一种粒子就像胶水一样把三个夸克稳定住，既不会挨的太近，也不会离得太远。电磁学也称为电动力学，而强力的相互作用源于胶子与夸克之间的量子色动力学，简单理解为夸克把胶子扔来扔去，然后在扔胶子的时候自己会变色，具体源于夸克子内在性质，这里不深入了。由于强力可以把带正电的质子都给捆在一起，作用大于它们之间相互排斥，因此我们称之为强力。

引力，

传递引力的粒子——引力子人类目前还在苦苦寻找之中，你可以把引力子想象成物质就像两个人背对着坐在不同的船上，扔回旋镖，每次接到镖的作用就会向对方靠近。

弱相互作用（弱力），

弱力我们较为熟悉就是核辐射。原子都是呈中性的，带正电的质子有多少，核外跟着的电子就要有多少。当原子很多时，核外的电子就越难以约束，原子就会衰变，其中有一种衰变称为β衰变，过程就是原子核俘获核外电子使一个质子通过夸克的颜色的改变，变成中子，或者中子释放电子形成质子，这过程需要通过玻色子来传递能量。

能看到这里的都是战士，很繁琐，很费劲，科学家也是这么想的，因此他们也想能不能只用一种方式就能描述四大作用力，并且科学家发现质量问题并没有在这四大力中完美解决。

四大相互作用之间的排斥与粘合作用使万物有了组合的框架，构成了物质，但科学家通过对撞机得到作用力之间的能量，并通过E=mc^2把能量换算成质量时，发现强相互作用间的质量多了1%，那么只能是夸克身上还存在着某种能量，也就是夸克自己带有1%的质量，那么这个质量又是谁给的？

希格斯机制

“场”的概念源于数学家外尔，这是被寄予统一四大力的理论，因此称为“规范场”。它可以直接解释电磁场。

杨振宁和米尔斯通过对规范场进行微调把弱相互作用囊括在内，称为杨米尔斯理论，也就有了弱力场。盖尔曼看到了杨米尔斯理论，灵光一闪在这杨米尔斯理论基础上又进一步微调，把强力也收录进来，有了胶子场。

此时只剩下引力子还由《广义相对论》所描述，并且有很重要的一点，一开始大家认为所有基本粒子都是没有质量的，质量源于费米子在玻色子形成的场中运动。

（物质）质量的定义与本质

动能，指物质由于运动而具备的能量；静能，指物质所具备的、与运动状态无关的能量。

特定物质的动能与静能的总和，是为总能。能值，是物质所蕴含的能量多少的量度。特定物质静能的能值，是为静能值；特定物质动能的能值，是为动能值——须知一切物质，都同时具备静能与动能，否则将立即消亡。

质量，是物质静能值的量度。物质的静能值越大（越小），质量越大（越小）；当然，物质的质量越大（越小），静能值亦越大（越小）。

此定义，当能更好地体现“质量”的内涵。

显然，质量所反映的，乃物质的静能，而不涉及动能。故纳能（指接纳外来能量），可使特定物质的质量增加；释能（指对外释放能量），可令其质量减小。

但运动状态的改变，亦可影响质量：在封闭的系统中，特定物质的运动速率越大，其质量随时间的推移，降低的幅度越小；运动速率越小，其质量随时间的推移，降低的幅度越大。

只要静能值不变，则物质的质量不变。故质量本身，并不随物质所处环境的改变而改变；但物质与周围环境交换能量，可影响其质量。

此外，须知静能值本身，如同数值，并无单位。要想评估宇宙内各物质的质量，必须以合理的物质的质量，作为衡量的标尺。

1，。，。，。，。 假如没有重力 重力就是地球对物体吸引而产生的力，正因为有着这个力的存在，我们以至于世界万物才能够生存于这个地球之上。 在这个有着重力的环境下，人们行走、工作在地面，植物生长在地面，并沿着向上的方向拙壮成长。在这种环境下，我们的生活宁静、安祥，但我们假想一下，如果没有重力，那么地球会怎样呢？ 有人会说：“如果没有重力，人就会飘在空中。”也有人说：“打破世界跳高记录会易如反掌”。的确，如果没有了重力，世界万物都会飘在空中。假如你在炒菜，那么你那盘菜就别想熟了。因为没有重力，那菜可不会老老实实地呆在锅中呢，即使熟了，也是用极漫长的时间作代价的。 不过没有重力,也挺好的。你看，假如需要高空作业，那没有重力可就即安全又方便了。再想想看那宇宙飞船上，在失重的情况下，要想吃东西，嘴只用一吸便品尝美味佳肴了。 假如世界上真的没有了重力，那可真的是奇妙无穷了。人就像袋鼠一样蹦来蹦去或是飞于空中，畅享天空的辽阔；水一团团地飘在空中，要想吃水，凑上去嘴一张便可；但这鱼儿可就惨了，他们没准要搬家了；咦？如果没有重力，说不定牛顿就不会挨那一下了！ 科学真是奇妙无穷，就连科学幻想也趣味百出。我们应热爱科学，做一个热爱学习科学的中学生。 2 ，。，。，。，，。假如失去重力 在生活中，我们每个人，每件物品，以至于一个毫不起眼的绒毛，都受一个力，这个力使一切物体最终落地，这就是地球的神奇，地球它吸引着各种物体而产生了力，这个力就是重力。 牛顿的发现证明了重力的存在，或是说重力无处不在。重力的确很好，熟透的苹果落下来，使人们不用去搬梯子，只是弯弯腰既可。 但有人抱怨从二楼掉下轻者腿摩破，重者制残，假如真失去重力，世界会怎样：汽车飞在空中，不能动；人在空中，不能；人在室内只能游动。 水，生命的象征，如果失去重力，水将停止流动，下游水由于蒸发将干涸。一个人轻而易举起了一个重的东西；如果你爱跳那可不得了，你一跳飞离了地球，那可是人类花了多少年的心血努力才能实现进入太空之梦，一下子变成了现实。 如果失去了重力，我们周围的环境只会更加糟糕，人和各种各样的物体都在空中游着，这真很可怕哟。 综上所述，我们不能失去重力，重力的存在，是我们人类在在球上能够生存的根本。

关于牛顿第二定律研究论文阅读人数：1337人页数：4页wscq11wwgx“The alteration of motion is ever proportional to the motive force impressed; and is made in the direction of the right line in which that force is impressed.” “动量的变化与冲量成同向正比”——艾萨克•牛顿运动是物质无时无刻都在做的，2百年前伟大的物理学家，数学家，哲学家艾萨克•牛顿博士就在《自然哲学之数学原理》中做了探究。今天就让我们追寻前辈的足迹来一探辛秘。关于牛顿第二定律研究论文 Newton's Second Law of Motion-Force and Acceleration一、概述牛顿第二运动定律（Newton's second law of motion）说明了物体的加速度与物体所受的合力成正比，并和物体的质量成反比。而物体加速度的方向与合力的方向相同。以物理学的观点来看，牛顿第二定律亦可以表述为“物体随时间变化之动量变化率和所受外力之和成正比”。即动量对时间的一阶导数等于外力之和。牛顿第二定律表明，物体的加速度与施加的合外力成正比，与物体的质量成反比，方向与合外力方向相同。这定律又称为“加速度定律”。以方程表达：，其中， F是合外力，是所有施加于物体的力的矢量和，m 是质量，a 是加速度。而数学上，牛顿第二定律通常表达为：这里实际上定义了质量为合外力与加速度的比率。这样定义的质量称为物体的惯性质量，是物体的固有属性，与外力无关。这样在数量上，施加于物体的合外力等于物体质量与加速度的乘积。国际标准制中，将力的单位定义为使得单位质量的物体得到单位加速度的所需[1]，这与惯性质量的定义相容。具体来说，力、加速度、质量的单位分别规定为牛顿（N）、米每二次方秒（m/s2），公斤（kg）。施加1牛顿的力于质量为1公斤的物体，可以使此物体的加速度为1m/s2。也就是说，合外力只能造成物体朝着同方向的加速度运动。假定物体的质量、初始速度与初始位置为已知量，则从施加于物体的合外力，可以应用第二定律计算出物体的运动轨迹。这是一个非常有用的方法。1/4二、牛顿论述牛顿试着解释冲量与动量之间的关系。假设施加于物体的冲量造成了物体的动量改变，则双倍的冲量会造成双倍的动量改变，三倍的冲量会造成三倍的动量改变，不论冲量是全部同时施加，还是一部分一部分慢慢地施加，所造成的动量改变都一样。牛顿又试着解释这动量改变与原先动量之间的关系。这动量改变必定与施加的冲量同方向。假设在冲量施加之前，物体已具有某动量，则这动量改变会与原先动量相加或相减，依它们是同方向还是反方向而定，假设动量改变与原先动量呈某角度，则最终动量是两者按著角度合成的结果。牛顿所使用的术语的涵意、他对于第二定律的认知、他想要第二定律如何被众学者认知、以及牛顿表述与现代表述之间的关系，科学历史学者对于这些论题都已经做过广泛地研究与讨论三、实验[实验目的]验证牛顿第二定律,即质量一定时,物体的加速度与合外力大小成正比;合外力一定时,物体加速度大小和质量成反比。[实验原理]①、保持车质量不变,改变车所受合外力大小（改变砂的质量）。用打点计时器打出纸带,求出加速度,用图象法验证物体运动的加速度是否正比于物体所受到的合外力。②、保持砂子质量不变,改变研究对象质量。利用打点计时器打出的纸带,求出运动物体加速度,用图象法验证物体的加速度是否反比于物体的质量。[实验器材]纸带和复写纸、小车、小桶、细绳、砂子、刻度尺、砝码、打点计时器、低压学生电源、天平(带有一套砝码)、附有定滑轮的长木板。[实验步骤]①、用天平测出车和桶的质量M和M'。在车上加砝码,在桶内放入适量砂,使桶和砂总质量远小于车和砝码总质量,记下砝码和砂的质量m和m'。 ②、安装好实验装置。③、平衡车和纸带受的摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下垫一块木板,反复移动木板位置,直到车在斜面上运动时可保持匀速直线运动,这时车拖着纸带运动时所受的阻力恰与车所受到的重力在斜面方向上的分量平衡。④、把细绳系在小车上,并绕过滑轮悬挂小桶。接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点。取下纸带,在纸带上标上纸带号码。2/4 ⑤、保持车的质量不变,通过改变砂桶的质量而改变车所受到的牵引力,再做几次实验。⑥、在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测量各计数点间的距离Sn,利用公式 Δs＝at2,算出各条纸带所对应的小车的加速度。⑦、根据实验结果画出车运动的a─F图线,如图线是过原点的倾斜直线,则证明物体运动的加速度a和合外力大小成正比。⑧、保持砂子和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验。⑨、根据实验结果画出小车运动时的a～图线,如果图线是过原点的的倾斜直线,则证明物体运动的加速度a和物体的质量大小成反比。[注意事项]①(M'＋m')取30～100克,(M＋m)大于1千克，满足 ②、平衡摩擦时,要让车拖着纸带运动,且打点计时器要打点。摩擦力一经平衡,当改变小车的质量或改变小桶的质量时,不需要重新平衡摩擦力。③、a─F图象不过坐标原点的原因和调节方法图线和横轴相交的原因是阻力大于下滑力,此时应该增大长木板的倾角B、图线和纵轴相交的原因是下滑力大于阻力,应该减小长木板的倾角。[实验思考题]1[ 1、3 ]在验证牛顿第二定律的实验中，平衡摩擦力时 不能将装砂子的小桶用细绳通过滑轮系在小车上小车后的纸带必须连好，但打点计时器可以不打点应使打点计时器打在纸带上的相邻点迹间的距离相等每次改变小车的质量，必须再次平衡摩擦力2[ A、C、D ]在做验证牛顿第二定律实验时应该使砂子和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差3/4 可用天平测得小桶和砂的总质量m1，小车和砝码的总质量m2,根据公式求出