摘 要:動(dòng)量問題是高中物理的難點(diǎn),“動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律”這兩條理論的復(fù)雜性將學(xué)生帶進(jìn)了一個(gè)很難理解的領(lǐng)域,其表達(dá)式的矢量性又增加了學(xué)習(xí)的難度,因而大部分學(xué)習(xí)在解決這類問題時(shí)都不能夠得心應(yīng)手,那是因?yàn)闆]有從本質(zhì)上去理解動(dòng)量以及動(dòng)量的變化。
關(guān)鍵詞:動(dòng)量定理 守恒定律 高中物理
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9795(2013)08(c)-0097-01
課本上動(dòng)量定理的內(nèi)容是:物體在一個(gè)過程中始末動(dòng)量的變化等于它在這個(gè)過程中所受力的沖量。力、沖量、動(dòng)量的變化,它們之間存在一個(gè)什么樣的關(guān)系呢?力是一個(gè)瞬時(shí)量、沖量是一個(gè)過程量、動(dòng)量的變化是一個(gè)過程量,力在時(shí)間上的累積就是沖量,沖量是動(dòng)量變化的原因,力描述的便是動(dòng)量變化的快慢了。
例如:用一個(gè)質(zhì)量為M的鐵錘,將釘子A沿豎直方向打入木板B中,打擊釘子前的瞬間錘子速度是向下的VO,打擊時(shí)錘子和釘子一塊向下運(yùn)動(dòng),直到速度變成零,錘子與釘子的作用時(shí)間為t,如圖1所示,計(jì)算錘子對(duì)釘子的平均打擊力F。
解析:因?yàn)殄N子在每一次打擊中動(dòng)量變化比較明顯,所以此題選擇以錘子為研究對(duì)象,來計(jì)算釘子對(duì)錘子的平均打擊力。規(guī)定向下為正方向,由動(dòng)量定理有:
解上式,得
由牛頓第三定律知:錘子對(duì)釘子的平均作用力F=mg方向:豎直向下
上題是一道比較常見的動(dòng)量問題,解決方法也比較傳統(tǒng),如果將系統(tǒng)理論融入動(dòng)量定理中,又可以得到以下兩條結(jié)論。
1 如果合外力沖量為0,則系統(tǒng)動(dòng)量守恒
例如:分析下列情況中系統(tǒng)的動(dòng)量是否守恒( )
A.如圖2所示,小車停在光滑水平面上,車上的人在車上走動(dòng)時(shí),對(duì)人與車組成的系統(tǒng)
B.子彈射入放在光滑水平面上的木塊中,對(duì)子彈與木塊組成的系統(tǒng)(如圖3)
C.子彈射入緊靠墻角的木塊中,對(duì)子彈與木塊組成的系統(tǒng)
D.斜向上拋出的手榴彈在空中炸開時(shí)
解析:對(duì)于A、B,因?yàn)橄到y(tǒng)所受合外力為0,所以動(dòng)量守恒;對(duì)于C,墻對(duì)系統(tǒng)所施加力的沖量不為0,動(dòng)量不守恒;對(duì)于D,手榴彈爆炸時(shí)雖然受到外力,但外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力,加之作用時(shí)間極短,因而所產(chǎn)生的沖量對(duì)系統(tǒng)內(nèi)成員物體動(dòng)量的影響可忽略。當(dāng)然,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)量的影響便可忽略,此過程可認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒。
選擇:ABD。
2 合外力沖量不為0,系統(tǒng)動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化,變化量與合外力的沖量在數(shù)值上相等
例如:木塊和鐵塊的質(zhì)量分別為m和M,用線連接起來放在水中,木塊的密度小于水的密度。放手后一起以加速度a加速下降,經(jīng)時(shí)間后線斷了,再經(jīng)時(shí)間,木塊速度為零,當(dāng)木塊速度為零時(shí),鐵塊速度為多少?
解析:以木塊和鐵塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象,系統(tǒng)所受合外力為,作用時(shí)間;系統(tǒng)初態(tài)動(dòng)量為,末態(tài)動(dòng)量為。所以由動(dòng)量定理有:
解得:
物理學(xué)中每一條理論告訴我們的是物質(zhì)世界的某種規(guī)律,在這種規(guī)律指導(dǎo)下所產(chǎn)生的公式便是解決問題的規(guī)則,只有準(zhǔn)確把握規(guī)律才能理解規(guī)則,進(jìn)而創(chuàng)造出解決實(shí)際問題的具體方式,這樣一來,沉悶的物理問題便活潑起來,有了生命、有了味道。
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