借助動(dòng)量知識(shí) 解答物理難題

朱傳蘇

(江蘇省新海高級(jí)中學(xué) 222006)

為使學(xué)生掌握運(yùn)用動(dòng)量知識(shí)解答物理難題的相關(guān)技巧，講解動(dòng)量知識(shí)時(shí)應(yīng)注重與學(xué)生一起推導(dǎo)相關(guān)公式，使其搞清楚公式的來(lái)龍去脈，把握公式的適用情境以及應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，使其切實(shí)打牢基礎(chǔ).在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)專題地講解，使學(xué)生見到更多的習(xí)題，把握解題關(guān)鍵.

1 借助動(dòng)量知識(shí)解答上拋物理難題

豎直上拋是高中物理中物體常見的運(yùn)動(dòng)類型.部分習(xí)題使用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式雖然能夠解答出結(jié)果，但是較為繁瑣，而使用動(dòng)量定理可大大簡(jiǎn)化運(yùn)算過程，提高解題效率.教學(xué)實(shí)踐中為提高學(xué)生運(yùn)用動(dòng)量知識(shí)解答上拋難題的意識(shí)，把握解題的相關(guān)細(xì)節(jié)，應(yīng)展示相關(guān)習(xí)題的解答過程.

例1豎直上拋物體初速度大小與返回拋出點(diǎn)時(shí)的速度大小比值為k.某一物體豎直上拋后返回到拋出點(diǎn)時(shí)的速度大小為v.若在運(yùn)動(dòng)期間受到的空氣阻力不變，重力加速度為g，則從拋出到返回拋出點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間t為( ).

答案：C.

2 借助動(dòng)量知識(shí)解答多次碰撞難題

動(dòng)量是解決多次碰撞問題的常用知識(shí)點(diǎn).運(yùn)用動(dòng)量解答多次碰撞問題時(shí)應(yīng)注重根據(jù)實(shí)際情況合理劃分物體的運(yùn)動(dòng)過程，明確研究對(duì)象，并根據(jù)碰撞過程是否有能量損失正確構(gòu)建動(dòng)量守恒定律物理方程.同時(shí)，注重歸納法的應(yīng)用，尋找碰撞次數(shù)與碰撞速度之間的關(guān)系，確保問題得以順利解決.

例2一滑冰運(yùn)動(dòng)員在冰面上將一質(zhì)量為9kg的物塊，以大小為5m/s的速度垂直推向豎直在冰面上的擋板，運(yùn)動(dòng)員獲得退行速度；物塊與擋板發(fā)生彈性碰撞反向追上運(yùn)動(dòng)員后，運(yùn)動(dòng)員再次以大小為5m/s的速度將物塊推出.如此反復(fù)，運(yùn)動(dòng)員共推4次物塊后，獲得的退行速度超過5m/s，反向后的物塊未能追上運(yùn)動(dòng)員.忽略冰面摩擦，則運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量可能為( ).

A.40kg B.55kg C.70kg D.85kg

答案：B.

3 借助動(dòng)量知識(shí)解答彈簧難題

彈簧能產(chǎn)生力的作用，而且能儲(chǔ)存一定能量，是高中物理習(xí)題經(jīng)常涉及的對(duì)象.部分與彈簧相關(guān)的習(xí)題較為抽象，題干并未直接給出彈簧的形變情況，物體的受力狀況，而需學(xué)生自己判斷.解答該類習(xí)題需要具體情況具體分析，既要做好受力分析，又要靈活運(yùn)用能量、動(dòng)量知識(shí)，其中運(yùn)用動(dòng)量知識(shí)解題應(yīng)先設(shè)出正方向.

例3 如圖1所示，一輕質(zhì)彈簧連接質(zhì)量分別為m、2m的兩個(gè)物塊A、B靜止在光滑水平面上.某時(shí)刻B瞬間獲得一水平向右大小為v的速度，從此刻開始彈簧第一次伸長(zhǎng)達(dá)到最大過程，彈簧彈力對(duì)B球的沖量大小為I1，做功為W1；當(dāng)彈簧由最大伸長(zhǎng)至第一次恢復(fù)原長(zhǎng)的過程中，彈簧對(duì)B球的沖量大小為I2，做功為W2.求I1、I2、W1、W2.

圖1

4 借助動(dòng)量知識(shí)解答圓弧難題

高中物理中圓弧常用于考查圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí).但是對(duì)于部分習(xí)題而言，仍采用圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)進(jìn)行分析反而適得其反，并不能順利得出正確答案.遇到這種情況及時(shí)改變思路，從動(dòng)量角度進(jìn)行分析，往往可獲得意想不到的效果.教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重通過例題講解，使其體會(huì)到運(yùn)用動(dòng)量知識(shí)解題的便利，啟發(fā)其在以后解題時(shí)擺脫定勢(shì)思維的影響.

例4如圖2，將一各處光滑帶有四分之一圓弧(半徑足夠大)，質(zhì)量為m2的軌道靜止放在光滑水平面上.某時(shí)刻一質(zhì)量為m1的滑塊以初速度v0沖上軌道(始終未脫離軌道)，則( ).

圖2

B.若軌道和滑塊質(zhì)量相等，滑塊達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)的速度為0

D.滑塊滑下后速度可能向左

答案：CD.

5 借助動(dòng)量知識(shí)解答切割磁場(chǎng)難題

導(dǎo)體切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電流.解答該類習(xí)題除需用電磁感應(yīng)相關(guān)知識(shí)，還需合理選取研究對(duì)象，根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件找到解題突破口，并綜合使用動(dòng)量定理、能量守恒定理，構(gòu)建相關(guān)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系.

例5如圖3所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的磁場(chǎng)中放置一光滑足夠長(zhǎng)的導(dǎo)軌，左、右則導(dǎo)軌間距分別為L(zhǎng)、2L.將質(zhì)量分別為m、2m，電阻分別為R，2R的金屬棒ab、cd靜止放置在導(dǎo)軌左右兩側(cè).兩棒與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好，且均未離開自己的導(dǎo)軌區(qū)域，忽略導(dǎo)軌電阻.某時(shí)刻給金屬棒cd一水平向右的初速度v0，則此后運(yùn)動(dòng)過程中( ).

圖3

A.兩導(dǎo)體棒構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒

分析cd棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流使得ab棒受力向右運(yùn)動(dòng)，直到電路中磁通量不再變化，電路中沒有感應(yīng)電流，兩棒做勻速直線運(yùn)動(dòng).據(jù)此尋找兩棒運(yùn)動(dòng)的速度關(guān)系，而后分別使用動(dòng)量定理，求出兩棒最終的速度，結(jié)合電學(xué)以及能量守恒不難作答.

答案：CD.

6 借助動(dòng)量知識(shí)解答磁偏轉(zhuǎn)難題

運(yùn)用動(dòng)量知識(shí)解答粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)應(yīng)聯(lián)系所學(xué)，熟練運(yùn)用幾何知識(shí)、運(yùn)動(dòng)半徑、周期計(jì)算公式，確定物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)時(shí)間.需要注意的時(shí)為準(zhǔn)確判斷碰撞后粒子的運(yùn)動(dòng)情況，可根據(jù)碰撞類型，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律，能量守恒定律構(gòu)建物理方程，通過計(jì)算出速度表達(dá)時(shí)判斷粒子運(yùn)動(dòng)的方向.

圖4

分析根據(jù)幾何知識(shí)確定帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑，而后運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)以及動(dòng)能定理求出E.根據(jù)動(dòng)量守恒定律求出碰撞后小球1、小球2的速度，計(jì)算出小球1運(yùn)動(dòng)軌跡半徑、周期，根據(jù)題干給出的時(shí)間，確定小球1和小球2運(yùn)動(dòng)位置，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)合成知識(shí)求出L.

綜上所述，動(dòng)量知識(shí)在解答高中物理習(xí)題中有著廣泛的應(yīng)用，尤其用于解題一些習(xí)題時(shí)可降低運(yùn)算復(fù)雜度，迅速計(jì)算出正確結(jié)果.教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)做好動(dòng)量知識(shí)的系統(tǒng)講解，通過列舉具體實(shí)例加深學(xué)生理解.同時(shí)，展示動(dòng)量知識(shí)解答不同習(xí)題的具體過程，給其帶來(lái)思維的啟發(fā)，鍛煉其應(yīng)用的靈活性.