高中物理動(dòng)量守恒定律新解

董李平

(云南省大理洲大理市喜洲鎮(zhèn)大理第二中學(xué) 671004)

動(dòng)量守恒定律是高中物理的重要組成部分之一，在將其和動(dòng)能、能量守恒等知識點(diǎn)進(jìn)行組合之后會具有很高的靈活性，因此動(dòng)量守恒定律是學(xué)習(xí)過程中的重點(diǎn)之一.在各種考試當(dāng)中都十分重視對于這一部分知識的考查，通過對給中題目分析之后可以看出，在考查過程中并不會簡單的對這一知識點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)考查，往往會結(jié)合其他知識點(diǎn)進(jìn)行綜合考查，這樣，如何從題目中找到切入點(diǎn)，結(jié)合所學(xué)的知識對題目進(jìn)行求解就成了問題的關(guān)鍵所在.

由于高中物理內(nèi)容較多，知識點(diǎn)眾多，使得教師很少有時(shí)間來對知識進(jìn)行更為細(xì)致簡單的梳理與講解，而動(dòng)量守恒定律較為抽象，不容易理解，且這一定律和其他定律差異較大，使得這部分知識對于學(xué)生而言理解起來較為困難且理解過程緩慢，常常出現(xiàn)只能按照公式計(jì)算，卻不知道為何這樣做，這樣做的意義在哪里，有時(shí)甚至?xí)寣W(xué)生十分困惑，嚴(yán)重影響學(xué)生對于物理學(xué)習(xí)的熱情，因此這部分知識點(diǎn)的講解應(yīng)引起教師的高度重視.

一、運(yùn)動(dòng)的物體

在學(xué)習(xí)生活中，經(jīng)常能夠看到運(yùn)動(dòng)的物體，在物理中，所有運(yùn)動(dòng)的物體都具有一定的速度.根據(jù)物理當(dāng)中有關(guān)力學(xué)的學(xué)習(xí)，我們知道，力會改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也就是說當(dāng)一個(gè)具有初始速度的物體，在不受到任何力的作用時(shí)，則會一直保持其自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

我們可以先想象一個(gè)常見的場景，汽車在剎車的過程中，通過剎車系統(tǒng)可以讓汽車減速，直至最終停止，這個(gè)過程實(shí)際上就是摩擦力作用在運(yùn)動(dòng)物體上所產(chǎn)生的效果.我們可以再設(shè)想一個(gè)復(fù)雜一些的場景，在臺球比賽過程中，通過一個(gè)球去撞擊另一個(gè)小球，碰撞之后靜止的小球會向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這實(shí)際上就是一種簡單的碰撞場景；再比如，我們將一個(gè)乒乓球扔向墻壁時(shí)，在乒乓球撞到墻壁后會反彈回來，而墻壁卻不會發(fā)生絲毫移動(dòng)，這是一個(gè)更為復(fù)雜的碰撞的問題.看了這幾個(gè)常見例子之后，我們不妨再思考一個(gè)更為復(fù)雜的問題，在這些例子中為什么會出現(xiàn)這種結(jié)果，這些運(yùn)動(dòng)物體之間相互作用之后，其運(yùn)動(dòng)究竟會如何變化的，他們之間的內(nèi)部聯(lián)系究竟是什么？

二、動(dòng)量守恒定律

1.定律描述

根據(jù)物理學(xué)當(dāng)中已經(jīng)得到的動(dòng)量守恒定律可以很容易的對上述問題進(jìn)行解釋，首先我們來明確這一定律.動(dòng)量守恒定律指的是如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變.

這一定律是物理學(xué)當(dāng)中的基本定律之一，除了可以使用在宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)過程中，還可以是應(yīng)用在微觀物體的高速運(yùn)動(dòng)，不論內(nèi)力是何種類型的力，只要其符合守恒條件，動(dòng)量守恒定律就可以使用.

2.定律使用

根據(jù)動(dòng)量定理我們知道，F(xiàn)t=mv2-mv1，那么在動(dòng)量守恒問題中又是該如何使用呢？

例1 在一個(gè)理想的光滑平面上，有一個(gè)靜止的物體，現(xiàn)有另一個(gè)相同物體以速度v0撞向該靜止的物體，碰撞之后兩個(gè)物體會連接在一起，求封裝之后的速度和原速度v0的關(guān)系？

根據(jù)動(dòng)量守恒定力，有：(m+m)v1=mv0(5)

通過上述兩個(gè)簡單的例子可以看出，對于一個(gè)不受外力的系統(tǒng)，其總的動(dòng)量是一定的.但由于物體之間的相互作用，會使得物體的速度發(fā)生變化，最終系統(tǒng)的達(dá)到某一平衡狀態(tài).

例2 在某一理想光滑平面上，如圖所示，有一運(yùn)動(dòng)物體A,初始速度為v0，質(zhì)量為m，其撞向另一個(gè)靜止物體B，物體B質(zhì)量為100m，兩物體間發(fā)生彈性碰撞，求碰撞之后兩物體各自的運(yùn)動(dòng)速度是多少？

由于物體不受外力作用，所以滿足動(dòng)量守恒定律.

設(shè)碰撞之后，物體A的速度為v1，物體B的速度為v2根據(jù)動(dòng)量守恒定律有：

mv1+100mv2=mv0(6)

聯(lián)立(6)式和(7)式有：

對(8)式進(jìn)行整理化簡之后有:

(101v1+99v0)(v1-v0)=0 (9)

通過這一例子可以看出在動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律聯(lián)合使用的情況下如何求解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物體質(zhì)量相差較大時(shí)，有可能出現(xiàn)碰撞之后另一物體反向運(yùn)動(dòng)的情景.不過需要注意的是，在這一例子中，限定了碰撞類型為彈性碰撞，而在實(shí)際生活中，很多碰撞中是非彈性碰撞，這時(shí)會引起能量損失，比如例2中給出的問題就是典型的完全非彈性碰撞，在這一問題中，動(dòng)能損失了原有動(dòng)能的一半.當(dāng)然在碰撞問題中還有許多更為復(fù)雜的問題，但在這里只是為了給出一個(gè)較為簡單的講解流程，所以不對更為復(fù)雜的碰撞問題進(jìn)行介紹.

3.定律的應(yīng)用條件與簡單理解

雖然這一定律使用起來較為簡便，但是這一定律并不是在任何情況下都可以使用的，只有當(dāng)滿足一定的條件時(shí)才可以使用，我們先來回顧一下定義中提到的條件：如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力，或者所有外力的矢量和為零.

這一條件實(shí)質(zhì)上是在告訴我們，只有當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)和外界之間沒有任何形式的動(dòng)量交換時(shí)，才可以使用這一定律對這一系統(tǒng)進(jìn)行分析和求解.這是因?yàn)槿绻惺噶亢筒粸榱愕耐饬ψ饔糜谙到y(tǒng)上時(shí)，則會改變系統(tǒng)或系統(tǒng)中某些部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而改變整個(gè)系統(tǒng)所擁有的動(dòng)量總和，在這一改變的前后，系統(tǒng)中的動(dòng)量總和必定是不相同的，因此在這種情況下動(dòng)量守恒定律也就將無法使用了.所以如果我們想要使用動(dòng)量守恒定律來對一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析和求解之前，一定要通過分析來確定該系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律的使用條件，不然只會將求解引入錯(cuò)誤的方向，而無法得到正確結(jié)果.

動(dòng)量守恒定律是高中物理的重要組成部分，也是考試中的重點(diǎn)，由于考試過程中，不會簡單的對這一知識點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)考查，而是在一些綜合性題目中，通過和其它知識點(diǎn)結(jié)合進(jìn)行綜合考查.因此在教師向?qū)W生講解的過程中，應(yīng)盡可能通過簡單又易于理解的方式向?qū)W生進(jìn)行講解，從而讓學(xué)生們真正的從根本上理解和使用這一定律，而不僅僅局限在使用這一定律來進(jìn)行題目的計(jì)算.通過讓學(xué)生真正的理解這一定律，將有助于學(xué)生對其它力學(xué)定律的理解，在學(xué)生正確理解這一定律之后，只需要通過相應(yīng)的練習(xí)，來提升對于各種類型題目的應(yīng)對能力就能夠更為靈活的使用這一定律，同時(shí)在不斷的解決各類問題的過程中，也將提升學(xué)生對于物理學(xué)習(xí)的熱情和積極性.