高考中動(dòng)量守恒定律的綜合應(yīng)用

楊黎明

摘 要：動(dòng)量守恒定律是自然界存在的一種客觀規(guī)律，不僅在高中物理學(xué)習(xí)中具有重要的作用，同時(shí)在實(shí)際的生活生產(chǎn)中也具有廣泛的應(yīng)用。在新課改的背景下，高考也開(kāi)始注重學(xué)生基本物理素養(yǎng)的考查，讓學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際，在具體問(wèn)題中創(chuàng)新性運(yùn)用物理基本知識(shí)和規(guī)律，提高學(xué)生的物理探究能力，促進(jìn)學(xué)生物理素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中物理;動(dòng)量守恒定律;綜合應(yīng)用

高中物理知識(shí)向來(lái)以抽象性著稱，對(duì)學(xué)生的思維能力和應(yīng)變能力有很高的要求，這就使得學(xué)生常常對(duì)物理具有恐懼的心理。因此，高中物理教師要結(jié)合物理知識(shí)的本質(zhì)規(guī)律，對(duì)動(dòng)量守恒定律進(jìn)行歸納，讓學(xué)生能夠掌握動(dòng)量守恒定律的內(nèi)涵與外延，從而提高學(xué)生的物理自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生的物理知識(shí)應(yīng)用能力。

一、動(dòng)量守恒定律

“動(dòng)量”最早由伽利略提出，此后笛卡爾對(duì)動(dòng)量概念進(jìn)行了完善，但是當(dāng)時(shí)的物理學(xué)體系還不發(fā)達(dá)，“質(zhì)量”概念也沒(méi)有確立，速度的方向性也不在物理的研究范圍，因此“動(dòng)量”只是一個(gè)名詞，其在物理學(xué)中的意義并不明確。此后，牛頓在定義了質(zhì)量概念以后，對(duì)動(dòng)量進(jìn)行了明確的表示“運(yùn)動(dòng)的量是用它的速度和質(zhì)量一起來(lái)量度的?！币虼耍瑒?dòng)量的公式可以表示為，即物體質(zhì)量和速度的乘積，同樣是一個(gè)矢量。

在高中物理知識(shí)中，動(dòng)量也是物體能量的一種，遵循守恒定律，即定量守恒定律。為了更好地理解動(dòng)量守恒定律，教師可以先引入沖量，即對(duì)物體作用一段時(shí)間后，物體所積累能量的物理量，，沖量是一個(gè)過(guò)程量。因此，將牛頓第二定律加上時(shí)間，即。則物理所受到的沖量等于物體動(dòng)量的增加量，由此可以得出，如果物體不收到外力的作用，那么物體的動(dòng)量也將不會(huì)改變，即物體的動(dòng)量守恒，由于動(dòng)量是矢量，因此動(dòng)量守恒也具有方向性。

二、動(dòng)量守恒在碰撞問(wèn)題中的應(yīng)用模型

高中物理中涉及的碰撞主要是彈性碰撞與非彈性碰撞，其中彈性碰撞過(guò)程中，物體的動(dòng)能和動(dòng)量都守恒，而在非彈性碰撞過(guò)程中，物體的動(dòng)量守恒。教師可以通過(guò)模型的構(gòu)建來(lái)讓學(xué)生更好地理解碰撞中的動(dòng)量守恒，提高學(xué)生動(dòng)量守恒的綜合應(yīng)用能力。在彈性碰撞中，如圖所示光滑的平面上A小球以速度vA碰向靜止的B小球，A、B小球的質(zhì)量分別為mA、mB，A、B之間發(fā)生的彈性碰撞，則mAvA=mAv’A+mBv’B，并且;由此可以得出碰撞后A、B的速度、，因此，可以得出，當(dāng)A球質(zhì)量遠(yuǎn)小于B球，碰撞后A球會(huì)被以原速度彈回，B球幾乎不動(dòng);當(dāng)A球質(zhì)量等于B球，碰撞后A球靜止，B球以A球的速度繼續(xù)前行;當(dāng)A球質(zhì)量遠(yuǎn)大于B球，碰撞后A球速度幾乎不變，B球以A球速度的2倍飛出。

三、動(dòng)量守恒在碰撞問(wèn)題中的綜合應(yīng)用

例題：豎直面內(nèi)一傾斜軌道與一足夠長(zhǎng)的水平軌道通過(guò)一小段光滑圓弧平滑連接，小物塊B靜止于水平軌道的最左端，如圖（a）所示。t=0時(shí)刻，小物塊A在傾斜軌道上從靜止開(kāi)始下滑，一段時(shí)間后與B發(fā)生彈性碰撞（碰撞時(shí)間極短）;當(dāng)A返回到傾斜軌道上的P點(diǎn)（圖中未標(biāo)出）時(shí)，速度減為0，此時(shí)對(duì)其施加一外力，使其在傾斜軌道上保持靜止。物塊A運(yùn)動(dòng)的v–t圖像如圖（b）所示，圖中的v1和t1均為未知量。已知A的質(zhì)量為m，初始時(shí)A與B的高度差為H，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力。

（1）求物塊B的質(zhì)量;

（2）在圖（b）所描述的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，求物塊A克服摩擦力所做的功;

（3）已知兩物塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相等，在物塊B停止運(yùn)動(dòng)后，改變物塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)，然后將A從P點(diǎn)釋放，一段時(shí)間后A剛好能與B再次碰上。求改變前后動(dòng)摩擦因數(shù)的比值。

解析：本題第一小問(wèn)，通過(guò)已知知道A的質(zhì)量和高度，求B的質(zhì)量，這就可以通過(guò)動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律進(jìn)行求解。即，由此可得mB=3m。第二小問(wèn)需要運(yùn)用動(dòng)能定理列出A物體下滑過(guò)程和上升過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)、幾何知識(shí)構(gòu)建路程與時(shí)間、高度的關(guān)系，從而有效解決問(wèn)題。第三小問(wèn)主要通過(guò)動(dòng)能定理，構(gòu)建起動(dòng)摩擦因素改變前后的等量關(guān)系即可。

總之，動(dòng)量守恒定律是高考中的一個(gè)重點(diǎn)，也是學(xué)生不易理解的難點(diǎn)，尤其是結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，不僅要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用動(dòng)量守恒定律和動(dòng)能定理，還需要對(duì)其中的其它外力作用效果進(jìn)行分析。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握動(dòng)量守恒定律的本質(zhì)，能夠根據(jù)試題的要求進(jìn)行知識(shí)的綜合運(yùn)用，將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，有效提高學(xué)生的解題能力。

參考文獻(xiàn)

[1]邱守強(qiáng).高中物理理想化過(guò)程模型建構(gòu)的路徑研究[D].伊犁師范大學(xué)2019

[2]薛茜.高中物理生態(tài)課堂視域下師生互動(dòng)觀察指標(biāo)的構(gòu)建[D].河北師范大學(xué)2019

[3]孫繼芳.基于核心素養(yǎng)水平的高中物理考試命題策略的研究[D].河北師范大學(xué)2019

[4]王士猛.新課程標(biāo)準(zhǔn)下高中物理高效課堂教學(xué)行為實(shí)踐探究[D].哈爾濱師范大學(xué)2019