高中物理動量守恒定律新解

董李平

(云南省大理洲大理市喜洲鎮大理第二中學 671004)

動量守恒定律是高中物理的重要組成部分之一，在將其和動能、能量守恒等知識點進行組合之后會具有很高的靈活性，因此動量守恒定律是學習過程中的重點之一.在各種考試當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進行單獨考查，往往會結合其他知識點進行綜合考查，這樣，如何從題目中找到切入點，結合所學的知識對題目進行求解就成了問題的關鍵所在.

由于高中物理內容較多，知識點眾多，使得教師很少有時間來對知識進行更為細致簡單的梳理與講解，而動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生而言理解起來較為困難且理解過程緩慢，常常出現只能按照公式計算，卻不知道為何這樣做，這樣做的意義在哪里，有時甚至會讓學生十分困惑，嚴重影響學生對于物理學習的熱情，因此這部分知識點的講解應引起教師的高度重視.

一、運動的物體

在學習生活中，經常能夠看到運動的物體，在物理中，所有運動的物體都具有一定的速度.根據物理當中有關力學的學習，我們知道，力會改變物體的運動狀態，也就是說當一個具有初始速度的物體，在不受到任何力的作用時，則會一直保持其自身的運動狀態.

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

二、動量守恒定律

1.定律描述

根據物理學當中已經得到的動量守恒定律可以很容易的對上述問題進行解釋，首先我們來明確這一定律.動量守恒定律指的是如果一個系統不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個系統的總動量保持不變.

這一定律是物理學當中的基本定律之一，除了可以使用在宏觀物體的低速運動過程中，還可以是應用在微觀物體的高速運動，不論內力是何種類型的力，只要其符合守恒條件，動量守恒定律就可以使用.

2.定律使用

根據動量定理我們知道，Ft=mv2-mv1，那么在動量守恒問題中又是該如何使用呢？

例1 在一個理想的光滑平面上，有一個靜止的物體，現有另一個相同物體以速度v0撞向該靜止的物體，碰撞之后兩個物體會連接在一起，求封裝之后的速度和原速度v0的關系？

根據動量守恒定力，有：(m+m)v1=mv0(5)

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

例2 在某一理想光滑平面上，如圖所示，有一運動物體A,初始速度為v0，質量為m，其撞向另一個靜止物體B，物體B質量為100m，兩物體間發生彈性碰撞，求碰撞之后兩物體各自的運動速度是多少？

由于物體不受外力作用，所以滿足動量守恒定律.

設碰撞之后，物體A的速度為v1，物體B的速度為v2根據動量守恒定律有：

mv1+100mv2=mv0(6)

聯立(6)式和(7)式有：

對(8)式進行整理化簡之后有:

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

通過這一例子可以看出在動量守恒定律和能量守恒定律聯合使用的情況下如何求解物體運動狀態，同時也可以發現，當物體質量相差較大時，有可能出現碰撞之后另一物體反向運動的情景.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，而在實際生活中，很多碰撞中是非彈性碰撞，這時會引起能量損失，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，動能損失了原有動能的一半.當然在碰撞問題中還有許多更為復雜的問題，但在這里只是為了給出一個較為簡單的講解流程，所以不對更為復雜的碰撞問題進行介紹.

3.定律的應用條件與簡單理解

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，只有當滿足一定的條件時才可以使用，我們先來回顧一下定義中提到的條件：如果一個系統不受外力，或者所有外力的矢量和為零.

這一條件實質上是在告訴我們，只有當一個系統和外界之間沒有任何形式的動量交換時，才可以使用這一定律對這一系統進行分析和求解.這是因為如果有矢量和不為零的外力作用于系統上時，則會改變系統或系統中某些部分的運動狀態，進而改變整個系統所擁有的動量總和，在這一改變的前后，系統中的動量總和必定是不相同的，因此在這種情況下動量守恒定律也就將無法使用了.所以如果我們想要使用動量守恒定律來對一個系統進行分析和求解之前，一定要通過分析來確定該系統滿足動量守恒定律的使用條件，不然只會將求解引入錯誤的方向，而無法得到正確結果.

動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，由于考試過程中，不會簡單的對這一知識點進行單獨考查，而是在一些綜合性題目中，通過和其它知識點結合進行綜合考查.因此在教師向學生講解的過程中，應盡可能通過簡單又易于理解的方式向學生進行講解，從而讓學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行題目的計算.通過讓學生真正的理解這一定律，將有助于學生對其它力學定律的理解，在學生正確理解這一定律之后，只需要通過相應的練習，來提升對于各種類型題目的應對能力就能夠更為靈活的使用這一定律，同時在不斷的解決各類問題的過程中，也將提升學生對于物理學習的熱情和積極性.