高中物理中能量與動量守恒定律的應用范圍分析

摘 要：能量守恒定律和動量守恒定律是高中物理學科中解決力學相關問題的兩個重要規律，也是歷年來高考中占比較大的考查內容，著重考查學生對兩個守恒定律的理解與運用程度。本文對兩個守恒定律的內涵及適用范圍進行了詳細闡述，以期能夠為學生對于力學知識的學習提供一定的參考與幫助。

關鍵詞：高中物理；力學知識；能量；動量；守恒定律；應用范圍

能量守恒定律和動量守恒定律是自然界最普遍遵守的守恒定律，在物理學科的力學中具有無可替代的地位，利用兩個守恒定律的觀點解決相關問題是學生在日常習題練習中經常會遇見的題型，無論是選擇題、填空題、實驗題還是大題都有涉及，很多學生在學習過程中普遍對于在解題過程中什么時候該用守恒定律，該用什么守恒定律，感到比較困惑，導致失分率較高，為此，有必要深入理解并掌握這兩個守恒定律。

一、能量守恒定律及應用范圍

能量守恒定律著重于研究各種運動形式中的能量轉化。在自然界中的一切物質都具有能量，而這種能量既不能被創造也無法被消滅，只能從一種形式（或物體）轉化為（或傳遞到）另一種形式（或另一個物體）。而在轉化（或傳遞）的過程中，總能量是恒定不變的。

在學習過程中可以這樣來理解該定律：一方面，如果某種形式的能正在減少，則一定會存在另一種形式的能正在增加，且減少的能和增加的能是相等的；另一方面，如果某種形式（或某個物體）的能正在減少，則一定會存在另一種形式（或另一個物體）的能正在增加，且減少的能和增加的能也是相等的，這也是求解相關問題的兩條基本思路。

能量守恒定律包括的內容比較廣泛，但在學習過程中考查比較多的是機械能守恒。機械能守恒定律在只有當重力（或彈力）做功時，物體的動能才能與重力（或彈性）勢能之間相互轉化，且在轉化過程中機械能的總能量仍然保持不變。但這并不是說機械能守恒定律只適用于重力（或彈力）做功的情況，在實際中，由于物體的運動是非常復雜的，除了上述條件外，若物體所受其他外力代數和為零，則可以認為只有重力做功。

例1：如圖所示，將一質量為m的物體從20m的樓層以15m/s的速度拋出，假若不計空氣阻力，那么小球到達地面時速度為多少？

分析：由于物體運動時不受空氣阻力，可以看出只要物體運動滿足了只有重力做功的條件，就可以利用能量守恒定律求解相關問題。

二、動量守恒定律及應用范圍

動量守恒定律著重于研究兩個物體或多個物體相互作用力。如果將所研究對象看作是一個系統，那么該系統在不受外力或是所受外力之和為零的情況下，系統的總能量始終保持不變。在實際應用中，物體間的相互作用力十分復雜，必須了解動量守恒定律的使用條件及應用范圍。具體來說，需要注意以下兩點：（1）在所研究系統中，如果系統物體相互作用的內力遠遠大于所受外力，此時可以利用動量守恒定律解題，比如爆炸問題和碰撞問題。（2）如果系統在某一個方向上所受的合外力投影代數和為零，那么該系統在這個方向上的分量保持恒定，也可以運用動量守恒定律。

動量守恒定律的應用范圍相當廣泛，例如用于求解宏觀低速和微觀高速的運動問題，求解兩個物體或多個物體的運動問題或用于處理正碰或斜碰的物理問題，等。

例2：一輛從天津開往上海的質量為M的火車正在以速度v勻速行駛，突然其中一節火車車廂脫節，脫節的火車車廂質量為m，在牽引力不變的情況下，如果火車所受阻力與其質量成正比，那么，當脫節車廂停止運動時，火車此時速度為多少？

分析：由于火車車廂脫節之前在勻速行駛，因此，火車所受到的合外力為零。而在脫節之后，火車與脫節車廂分別開始做加速和減速運動，但二者所受到的阻力之和等于火車牽引力，因此，火車所受到的合外力仍然為零。由此可得，只要物體運動滿足了合力為零，就可以利用動量守恒定律求解題目。

三、結語

綜上所述，能量守恒定律和動量守恒定律是求解高中物理力學相關問題的兩個重要依據。其中，能量守恒定律主要用于求解不同運動形式之間的能量轉化問題；而動量守恒定律主要用于解決物體之間相互作用的問題，與牛頓運動定律相比，其應用范圍更加廣泛，且在解決問題的過程中無需考慮中間過程，只需要注意物體的始態和末態，具有方便、簡捷的優勢。只有熟練地掌握了兩個守恒定律的內涵及應用范圍，才能在解題時靈活地運用，大大提高解題的效率。

參考文獻：

于昊彤.高考中對于動量守恒定律與能量守恒定律結合應用的分析[J].試題與研究：教學論壇，2017（7）：36-36.