单位文秘网 2021-07-22 08:09:27 点击: 次
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摘 要:能量守恒定律和动量守恒定律是高中物理学科中解决力学相关问题的两个重要规律,也是历年来高考中占比较大的考查内容,着重考查学生对两个守恒定律的理解与运用程度。本文对两个守恒定律的内涵及适用范围进行了详细阐述,以期能够为学生对于力学知识的学习提供一定的参考与帮助。
关键词:高中物理;力学知识;能量;动量;守恒定律;应用范围
能量守恒定律和动量守恒定律是自然界最普遍遵守的守恒定律,在物理学科的力学中具有无可替代的地位,利用两个守恒定律的观点解决相关问题是学生在日常习题练习中经常会遇见的题型,无论是选择题、填空题、实验题还是大题都有涉及,很多学生在学习过程中普遍对于在解题过程中什么时候该用守恒定律,该用什么守恒定律,感到比较困惑,导致失分率较高,为此,有必要深入理解并掌握这两个守恒定律。
一、能量守恒定律及应用范围
能量守恒定律着重于研究各种运动形式中的能量转化。在自然界中的一切物质都具有能量,而这种能量既不能被创造也无法被消灭,只能从一种形式(或物体)转化为(或传递到)另一种形式(或另一个物体)。而在转化(或传递)的过程中,总能量是恒定不变的。
在学习过程中可以这样来理解该定律:一方面,如果某种形式的能正在减少,则一定会存在另一种形式的能正在增加,且减少的能和增加的能是相等的;另一方面,如果某种形式(或某个物体)的能正在减少,则一定会存在另一种形式(或另一个物体)的能正在增加,且减少的能和增加的能也是相等的,这也是求解相关问题的两条基本思路。
能量守恒定律包括的内容比较广泛,但在学习过程中考查比较多的是机械能守恒。机械能守恒定律在只有当重力(或弹力)做功时,物体的动能才能与重力(或弹性)势能之间相互转化,且在转化过程中机械能的总能量仍然保持不变。但这并不是说机械能守恒定律只适用于重力(或弹力)做功的情况,在实际中,由于物体的运动是非常复杂的,除了上述条件外,若物体所受其他外力代数和为零,则可以认为只有重力做功。
例1:如图所示,将一质量为m的物体从20m的楼层以15m/s的速度抛出,假若不计空气阻力,那么小球到达地面时速度为多少?
分析:由于物体运动时不受空气阻力,可以看出只要物体运动满足了只有重力做功的条件,就可以利用能量守恒定律求解相关问题。
二、动量守恒定律及应用范围
动量守恒定律着重于研究两个物体或多个物体相互作用力。如果将所研究对象看作是一个系统,那么该系统在不受外力或是所受外力之和为零的情况下,系统的总能量始终保持不变。在实际应用中,物体间的相互作用力十分复杂,必須了解动量守恒定律的使用条件及应用范围。具体来说,需要注意以下两点:(1)在所研究系统中,如果系统物体相互作用的内力远远大于所受外力,此时可以利用动量守恒定律解题,比如爆炸问题和碰撞问题。(2)如果系统在某一个方向上所受的合外力投影代数和为零,那么该系统在这个方向上的分量保持恒定,也可以运用动量守恒定律。
动量守恒定律的应用范围相当广泛,例如用于求解宏观低速和微观高速的运动问题,求解两个物体或多个物体的运动问题或用于处理正碰或斜碰的物理问题,等。
例2:一辆从天津开往上海的质量为M的火车正在以速度v匀速行驶,突然其中一节火车车厢脱节,脱节的火车车厢质量为m,在牵引力不变的情况下,如果火车所受阻力与其质量成正比,那么,当脱节车厢停止运动时,火车此时速度为多少?
分析:由于火车车厢脱节之前在匀速行驶,因此,火车所受到的合外力为零。而在脱节之后,火车与脱节车厢分别开始做加速和减速运动,但二者所受到的阻力之和等于火车牵引力,因此,火车所受到的合外力仍然为零。由此可得,只要物体运动满足了合力为零,就可以利用动量守恒定律求解题目。
三、结语
综上所述,能量守恒定律和动量守恒定律是求解高中物理力学相关问题的两个重要依据。其中,能量守恒定律主要用于求解不同运动形式之间的能量转化问题;而动量守恒定律主要用于解决物体之间相互作用的问题,与牛顿运动定律相比,其应用范围更加广泛,且在解决问题的过程中无需考虑中间过程,只需要注意物体的始态和末态,具有方便、简捷的优势。只有熟练地掌握了两个守恒定律的内涵及应用范围,才能在解题时灵活地运用,大大提高解题的效率。
参考文献:
于昊彤.高考中对于动量守恒定律与能量守恒定律结合应用的分析[J].试题与研究:教学论坛,2017(7):36-36.
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