論述高中物理學(xué)習(xí)過程中的碰撞問題

隋浩

摘 要：能夠?qū)λ芯繉ο蟮臓顟B(tài)及其所遵循的物理規(guī)律進行科學(xué)分析和運用是我們學(xué)習(xí)物理這門課程的本質(zhì)。通過在理論上對研究對象進行分析探索，進而能夠在實踐中運用，解決客觀實際中的問題。在我們學(xué)習(xí)碰撞知識時，要以動量原理和動量守恒定律為基礎(chǔ)進行分析探索，要將碰撞過程的核心要點準確掌握，了解碰撞模型的特點和臨界條件。

關(guān)鍵詞：高中物理;碰撞問題

一、動量原理、動量守恒定律及分析碰撞問題的原則

在經(jīng)典力學(xué)中，按牛頓自己提出的牛頓第二運動定律的表達形式，力F是動量mv對時間t的微商（導(dǎo)數(shù)）。也就是說，在任意瞬時，物體動量的時間變化率，在量值上等于這一瞬時作用在物體上的合外力，而且動量的時間變化率的方向和合外力的方向相同。由此，物體在運動過程中，物體所受合外力的沖量，等于這物體動量的增量。這就是關(guān)于一個物體的動量原理。通常，把幾個相互作用著的一組物體稱為系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)各物體總動量的增量等于合外力，系統(tǒng)各物體之間的內(nèi)力不會引起系統(tǒng)總動量的變化。在系統(tǒng)內(nèi)各物體相互作用的過程中，如果系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么系統(tǒng)的總動量保持不變。這是關(guān)于系統(tǒng)的動量守恒定律。

碰撞問題及相關(guān)的物體運動過程有時比較抽象，也比較復(fù)雜，因此我們要牢牢把握題目中的核心要義，準確地梳理出解題思路。在解決物理碰撞類問題時，我們一般要遵守一些關(guān)鍵的分析原則：第一，碰撞時間的瞬時性，也就是說我們可以將物體碰撞的時間看成是極其短暫，系統(tǒng)的狀態(tài)、物體的位移還不能被外力所改變。第二，由于系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用沖力極大，其他的作用力相對說來比較小，可以忽略不計，所以系統(tǒng)遵循動量守恒定律;第三，在物理規(guī)律下的系統(tǒng)的能量是不會憑空產(chǎn)生的，所以物體碰撞時物體的動能不增加，并且在非彈性碰撞的過程中，系統(tǒng)動能必然減少。

二、對彈性碰撞的分析

中學(xué)所學(xué)物理模型是比較理想化，且具有代表性。高中物理中常見的模型就是彈性碰撞。我們在處理此類模型的問題時，相對說來也比較簡單。如果我們所研究的對象在碰撞瞬間的動能沒有減少，那么這就是彈性碰撞。拿小球來說，如果想要小球在碰撞中的動能沒有減少，那么小球就需要滿足彈性碰撞模型的條件，也就是說小球具有使自己恢復(fù)形變的能力，碰撞后恢復(fù)到原來的樣子，而且在這過程中不牽涉到其他能量的轉(zhuǎn)化。研究過去高考中的彈性碰撞真題發(fā)現(xiàn)都是包含許多知識點的綜合題型。對于這類問題，應(yīng)是區(qū)分物體相互作用的過程，排除無關(guān)的“干擾”，必要時反復(fù)構(gòu)建相互作用的系統(tǒng)，運用動量守恒定律、能量守恒定律和其他必要知識。

三、對非彈性碰撞和完全非彈性碰撞的分析

物體因為碰撞而發(fā)生形變，并且碰撞后物體暫時不能恢復(fù)到原來的樣子，這就是非彈性碰撞。例如鍛打、打樁。在非彈性碰撞時物體的動能轉(zhuǎn)化成其他的能量或作功，動能沒有守恒。完全非彈性碰撞，兩物體具有相同的速度，損失更多的動能。因此，能量守恒定律并不適用于非彈性碰撞和完全非彈性碰撞，而只能根據(jù)動量守恒定律來求解非彈性碰撞和完全非彈性碰撞的問題。

例：如下圖所示，A，B兩物體質(zhì)量都為m，以V0的速度在光滑水平面運動，且二者之間用一輕彈簧連接，圖中的彈簧處于平衡位置。C為該平面上的另一物體，其質(zhì)量為m0，在A，B運動過程中，B與C碰撞后粘合在一起運動。試分析系統(tǒng)接下來的運動狀態(tài)。（2m <m0）

解析：根據(jù)題意，物體C的質(zhì)量是比較大的。在物體B，C發(fā)生碰撞后，就緊貼在一起運動。在B，C碰撞后彈簧發(fā)生了形變，并且不能夠恢復(fù)原形，所以是非彈性碰撞，系統(tǒng)一部分動能逐漸轉(zhuǎn)化成彈簧的彈性勢能。其穩(wěn)態(tài)是彈簧發(fā)生最大形變，具有最大彈性勢能，ABC物體處于勻速直線運動狀態(tài)。此時，三個物體的動能與彈簧彈性勢能之和等于碰撞后漸態(tài)開始時物體A（此時速度仍為V0）與物體B、C的動能和。要定量解出碰撞后物體B、C的初速度，運用動量守恒;解出物體A、B、C穩(wěn)態(tài)速度，也運用動量守恒。

四、對碰撞問題解題方法歸納

在解決碰撞問題時，我們在解題過程中運用的知識有以下幾種：（1）動量守恒定律;（2）運用動能的關(guān)系;（3）碰撞后物體的速度關(guān)系;（4）利用碰撞模型特點。

五、結(jié)語

從以上對物體碰撞問題分析我們可以看出，在解決這類問題時要學(xué)會建立相應(yīng)的物理模型，然后對物體在碰撞中發(fā)生的變化進行分析，常用的方法有動量關(guān)系，動能乃至機械能關(guān)系以及速度關(guān)系。對含有碰撞內(nèi)容的綜合題型，必要時應(yīng)追溯到動量原理。對基本的方法我們要能夠充分理解和掌握，這樣，學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容才會更加有效。

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