淺談高中物理中能量和動量的綜合應用

楊旭東

摘要：能量和動量的綜合應用是高中物理學的關鍵知識，也是高考中的重點，幾乎每年都有涉及這部分內容的高考題。動量和能量的知識貫穿整個物理學，是解決物理問題的重要思考方式。本文首先簡單介紹了能量和動量的基本概念，然后把相關能量和動量的應用分成了碰撞問題和彈簧問題兩種類型，詳細介紹了這兩類問題的解決思路和解決技巧。

關鍵詞：高中物理；能量和動量；實際應用

一.能量和動量

能量和動量都是描述物體運動狀態(tài)的物理量，它們都與參考系統(tǒng)有關，它們不同的地方是：動量是矢量，能量是標量；物體動量的變化與外力有關。一定質量物體的動量發(fā)生變化，其能量不一定會發(fā)生變化；一定質量物質的動量發(fā)生變化，其勢能不一定會發(fā)生變化。動量定理是利用牛頓運動定律和運動學公式推導出來的，它是將兩個公式合二為一后得到的。這個定理將研究復雜性的過程轉化為兩個簡單的狀態(tài)。當使用動量定理時，我們要注意一下，動量定理是矢量方程，在處理時要考慮方向。

二.能量和動量的綜合運用

（一）碰撞問題

例1：在一光滑水平面上有兩個質量分別為m1，m2的剛性小球A和B以初速度v1、v2運動，若它們發(fā)生正碰，碰撞后它們的速度分別為v1'和v2'，v1、v2、v1'、v2'是以地面為參考系的，將A和B看作系統(tǒng)。

由碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒，有：

m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'

由于碰撞中沒有機械能損失，故有：

m1v12+m2v22=m1v1' 2+m2v2' 2

由以上兩式可得：

v2'-v1' =-（v2-v1）或v2'-v1' =-（v1-v2）

碰撞后B相對于A的速度與碰撞前B相對于A的速度大小相等、方向相反；碰撞后A相對于B的速度與碰撞前A相對于B的速度大小相等、方向相反。

對于碰撞：

（1）若以其中某物體為參考系，則另一物體碰撞前后速度大小不變、方向相反（即以原速率彈回）。

聯(lián)立以上各式可解得：

v1' =

v2' =

若m1=m2，即兩個物體的質量相等，則v1=v2'，v1'=v2，表示碰后A的速度變?yōu)関2，B的速度變?yōu)関1。

（2）若兩個物體的質量相等，則碰撞后兩個物體互換速度（即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）。

若A的質量遠大于B的質量，則有：

v1' = v1，v2' =2v1-v2

若A的質量遠小于B的質量，則有：

v2' = v2，v1' =2v2-v1

（3）如果其中一個物體的質量遠大于另一個物體的質量，則質量大的物體的速度在碰撞前后保持不變。對于質量小的物體的速度，可結合1點和2點得出結論。

（二）彈簧問題

例2：如圖1所示，彈簧的左端固定在長木塊M的左端，右端與小物體m連接，m和M和M之間的接觸是平滑的。開始時，m和M都是靜止的，同時，相同的水平常數(shù)力F1和F2被施加到m和M中，該系統(tǒng)由m，M 和彈簧組成，在兩個物體的運動過程中（在這個過程中彈簧的變形不超過其彈性限度，M足夠長），正確的說法是：（ ）

A.由于F1、F2等大反向，故系統(tǒng)機械能守恒

B.由于F1、F2分別對m、M做正功，故系統(tǒng)動量不斷增大

C.由于F1、F2分別對m、M做正功，故系統(tǒng)機械能不斷增大

D.當彈簧彈力大小與F1、F2大小相等時，m、M動能最大

在F1、F2作用下，m與M先分別向右、向左做加速運動（F1=F2>kx時），再做減速運動（F1=F2

三.解題技巧

從動量和能量的角度處理問題是高考的重點和熱點。它可以產生一個綜合性強，能力要求高，方法靈活，有一定難度，這需要學生要有很強的理解分析能力。因此，在高考題中經常以壓軸形式出現(xiàn)。這些綜合問題往往具有以下特點：研究對象是多體，物理過程復雜（多過程），隱藏已知條件，模型設計新穎。在解決問題時，應正確選擇研究對象和研究對象的過程或狀態(tài)。建議使用隔離方法將子系統(tǒng)與大型系統(tǒng)隔離，并進行力分析和運動分析，找出物理過程，找出關系并仔細檢查每個子過程的特征。嘗試挖掘隱含條件，善于建模并將模型返回到已知的物理模型。在計算中，提倡整體方法（研究對象的完整性和研究過程的完整性），這樣便于計算。

四.總結

本文把高中物理動量與能量分為了兩個類型題，簡單介紹了這兩個類型的解決方法以及解題思路，并說明了一些解題技巧?？傊?，要熟練掌握各定理、各定律、物理公式的特點、適用條件、適用范圍。在具體的題目中選擇正確合適的公式或者根據(jù)條件將公式定律進行組合運用，來解決不同問題。在學習公式定律之后要多練習，在解題的過程中體會、消化知識點，而且做題不應該盲目追求數(shù)量，在適當?shù)木毩曋筮M行各種題型解題方法的總結更為重要。

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