高中物理概念教學的探討

楊慶奎

【內容摘要】近年來全國卷將《物理3-5》設為必考題型，占據了將近20分的考查范圍。而在未設置考題時，據筆者了解大多數高中物理教研組所制定的教學計劃并不包括這項內容。因此筆者將自身多年來教學3-5時的經驗，總結出三類學生難以理解動量概念的難點問題，并分析了怎樣處理這類問題、在考場上如怎樣作答等方面。

【關鍵詞】動量守恒 ?理解概念 ?應用解題

動量守恒問題作為物理學科一個重難點知識點，在未被設定為高考必修的考察范圍時，教師都會只向學生講解概念甚至放棄對本章內容的教學。

當物體系統合力為零或者不受外力做功是，系統的總動量是守恒的。這便是“動量守恒定律”概念。公式為m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′=恒量。兩個物體的質量是m1和m2，它們的初速度是v1和v2，它們的末速度是v1′和v2′，等號左邊是兩物體初始總動量，右邊是末尾總動量。該定律中，系統的總動量是相等的，單個物體的動量卻前后不想等，因為動量會在系統中移動。

筆者在文中通過三個出現概率極高的生活問題，對動量守恒概念進行了一個深層次的解讀，為大家概括了一些規律性的知識。

一、第一類問題：兩個物體發生多次相互作用的問題

動量守恒問題一般會給出兩個及以上物體，并且在他們之中會發生多次作用力。由于復雜的過程，學生在理解時會遇到較大困難。只有分析好具體過程步驟才能正確理解動量守恒概念。當然不同的相互作用類型會有不同的規律公式，需要學生好好揣摩。

我們來看一道例題。有一個質量為M打樁機，在高h的上空自由落下，撞擊在木樁上，木樁的質量是m，此時兩者速度一樣下落的時間極短可忽略不計。最后木樁停止在深S的土里，求泥土對木樁造成的作用力？

解題思路：錘頭第一階段做自由落體運動，空氣阻力忽略不計。第二運動階段兩者相碰觸，結束時具備相同的速度，時間極短忽略不計說明可以不用此考慮過程會做其他功，符合動量守恒的條件，因此我們可以直接使用運用動量守恒定律公式。運動的第三階段是打樁機與木樁一起插進土里，由于地面的阻力是恒定不變的，重力也是恒定不變的，此過程中阻力遠大于重力，所以物體受到一個恒定向下的力，產生一個恒定的加速度，由此物體做勻減速運動。

二、第二類問題：兩小球發生碰撞后的物理過程

兩小球碰撞后，相接觸的時間極短忽略不計，而兩小球的運動狀態變化了。這說明在碰撞時系統不存在外力做功，可以使用動量守恒概念。

我們再來看一個例題，一大一小的兩個球放在光滑水平面上，質量分別為m1和m2。甲速度大于乙，追上乙后碰撞1、2兩球在光滑水平面上同向運動，已知它們的動量分別是，P1=5，P2=7。兩者接觸后發生碰撞，在發生碰撞后球2的動量為10，則m1和m2存在等式（ ?）

A.m2=m1 ? ? ? ? ? B.m2=1.5m1

C.m2=3m1 ? ? ? ?D.m2=6m1

解題思路：P=mv可知，P1=m1v1，P2=m2v2，P1v2，則可以知道m1必定小于m2，到這里，我們可以很堅決的排除選項A。

我們先假設在碰撞過程中沒有能量的損失，根據機械能守恒可得：

1/2m1v12+1/2m2v22=（其實是小于）1/2m1v1′2+1/2m2v2′2

在有動量守恒可得：

m1v1=5，m1v1′=2，m2v2=7，m2v2′ =10

那么v1=5/m1，v1′=2/m1，v2=7/m2，v2′=10/m2

把我們將讀數分別代入計算。m1/m2=7/17，選C。注意碰撞問題會有外力做功，動量會有損耗，碰撞過程有能量的損失。

三、第三類問題：小物件在另一個大物體上滑動、接觸、碰撞的情況

這類模型十分常見，子彈打入木塊也屬于這種模型。這個模型難以理解，因為大小兩個物體都具備自己的速度。并且小物體的對地速度，與大物體的對地速度不同，所以我們還要考慮這兩個物體的相對速度。學生難以理解此過程。此外，兩個物體將會受到什么樣的作用力。再次，兩個物體最后是否速度相同，又是題目會給出，又是題目會要求你自己求。而求取速度有涉及到其他物理量的計算。此過程將結合其他必修考查，需要學生小心面對。

例題：長為L、質量為M的長木板放在光滑的水平桌面上，其最右端有一只重m的物塊（可視為質點）。已知物塊與木板之間有摩擦且動摩擦因數為μ，系統處于靜止狀態.現要采用下面兩種方法將木板從物塊下面抽出來：

（1）給木板施加水平向右的恒定作用力，過了t時間后木板剛好被完全抽出，求此作用力。

（2）給木板施加一個水平向右的瞬時沖量，使木板剛好被抽出，求水平沖量的大小。

解題思路：（1）此題需要學生結合其他必修內容。根據牛頓第二定律我們求出木板和物塊的加速度Am、am，再根據過程分析求兩物體的位移之差，等于木板的長度L，聯立解出作用力。（2）在給木板施加一個水平向右的瞬時后，我們可以通過動量定理求出沖量后獲得的初速度v0，此時木板剛好被抽出時，兩者速度恰好相同，物塊停到木板最左端，在這個系統中使用動量守恒定律和能量守恒定律，最終求解沖量。

【文獻參考】

[1] 宋月麗、高磊. 關于動量守恒定律應用的若干問題討論[J]. 平頂山學院學報，2011，26（2）：33-37.

[2] 邱曉燕、唐志海. 一道力學碰撞問題中動量守恒與角動量守恒辨析[J]. 物理教學探討，2011（11）：40-41.

（作者單位：安徽省明光中學）