突破動量定理傳統實驗的“瓶頸”

張晴 馮杰

摘 ? ?要： 設計一組動量定理在彈簧振子中應用的DIS實驗，可觀測位移發射傳感器作簡諧振動時沖量和動量增量的大小，該實驗可用于驗證變力作用下的動量定理，用以突破動量定理傳統實驗的瓶頸，以此加深學生對動量定理全面的認識和理解。

關鍵詞： 彈簧振子 ? ?動量 ? ?沖量 ? ?平衡位置

動量定理是高中物理動力學中的重要規律，是功能關系的另一表達形式，也是區別于牛頓第二定律，對物體所受合外力與運動狀態改變關系的又一描述。在經典物理學中，動量定理與牛頓運動定律、動能定理并稱為解決動力學問題的三大支柱，可見動量定理是中學物理教學的重點[1]，因此學好動量定理非常有必要。但動量定理在中學物理教學中也是難點，如何更好地驗證變力作用下的動量定理成為目前教學研究的重點。物理學是一門實驗科學，物理實驗是物理教學的重要組成部分，將動量定理理論知識與實驗有機結合，能讓學生更好地理解和掌握動量定理。

1.實驗原理

動量定理其內容為物體的動量在任意一段時間內的增量等于作用于它的合外力在同一段時間內的沖量[2]，即

其中F表示物體所受的合外力，v表示物體的末速度，v表示物體的初速度。

動量定理公式中的F可以是恒力，也可以是變力，變力作用下動量定理可以表示成積分形式，即為

其中和p分別表示質點系在時間t和t的總動量，I為時間間隔t-t內作用于第i個質點上的外力的沖量。……