高中物理概念教学的探讨
2019-08-02杨庆奎
杨庆奎
【内容摘要】近年来全国卷将《物理3-5》设为必考题型，占据了将近20分的考查范围。而在未设置考题时，据笔者了解大多数高中物理教研组所制定的教学计划并不包括这项内容。因此笔者将自身多年来教学3-5时的经验，总结出三类学生难以理解动量概念的难点问题，并分析了怎样处理这类问题、在考场上如怎样作答等方面。
【关键词】动量守恒 理解概念 应用解题
动量守恒问题作为物理学科一个重难点知识点，在未被设定为高考必修的考察范围时，教师都会只向学生讲解概念甚至放弃对本章内容的教学。
当物体系统合力为零或者不受外力做功是，系统的总动量是守恒的。这便是“动量守恒定律”概念。公式为m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′=恒量。两个物体的质量是m1和m2，它们的初速度是v1和v2，它们的末速度是v1′和v2′，等号左边是两物体初始总动量，右边是末尾总动量。该定律中，系统的总动量是相等的，单个物体的动量却前后不想等，因为动量会在系统中移动。
笔者在文中通过三个出现概率极高的生活问题，对动量守恒概念进行了一个深层次的解读，为大家概括了一些规律性的知识。
一、第一类问题：两个物体发生多次相互作用的问题
动量守恒问题一般会给出两个及以上物体，并且在他们之中会发生多次作用力。由于复杂的过程，学生在理解时会遇到较大困难。只有分析好具体过程步骤才能正确理解动量守恒概念。当然不同的相互作用类型会有不同的规律公式，需要学生好好揣摩。
我们来看一道例题。有一个质量为M打桩机，在高h的上空自由落下，撞击在木桩上，木桩的质量是m，此时两者速度一样下落的时间极短可忽略不计。最后木桩停止在深S的土里，求泥土对木桩造成的作用力？
解题思路：锤头第一阶段做自由落体运动，空气阻力忽略不计。第二运动阶段两者相碰触，结束时具备相同的速度，时间极短忽略不计说明可以不用此考虑过程会做其他功，符合动量守恒的条件，因此我们可以直接使用运用动量守恒定律公式。运动的第三阶段是打桩机与木桩一起插进土里，由于地面的阻力是恒定不变的，重力也是恒定不变的，此过程中阻力远大于重力，所以物体受到一个恒定向下的力，产生一个恒定的加速度，由此物体做匀减速运动。
二、第二类问题：两小球发生碰撞后的物理过程
两小球碰撞后，相接触的时间极短忽略不计，而两小球的运动状态变化了。这说明在碰撞时系统不存在外力做功，可以使用动量守恒概念。
我们再来看一个例题，一大一小的两个球放在光滑水平面上，质量分别为m1和m2。甲速度大于乙，追上乙后碰撞1、2两球在光滑水平面上同向运动，已知它们的动量分别是，P1=5，P2=7。两者接触后发生碰撞，在发生碰撞后球2的动量为10，则m1和m2存在等式（ ）
A.m2=m1 B.m2=1.5m1
C.m2=3m1 D.m2=6m1
解题思路：P=mv可知，P1=m1v1，P2=m2v2，P1
我们先假设在碰撞过程中没有能量的损失，根据机械能守恒可得：
1/2m1v12+1/2m2v22=（其实是小于）1/2m1v1′2+1/2m2v2′2
在有动量守恒可得：
m1v1=5，m1v1′=2，m2v2=7，m2v2′ =10
那么v1=5/m1，v1′=2/m1，v2=7/m2，v2′=10/m2
把我们将读数分别代入计算。m1/m2=7/17，选C。注意碰撞问题会有外力做功，动量会有损耗，碰撞过程有能量的损失。
三、第三类问题：小物件在另一个大物体上滑动、接触、碰撞的情况
这类模型十分常见，子弹打入木块也属于这种模型。这个模型难以理解，因为大小两个物体都具备自己的速度。并且小物体的对地速度，与大物体的对地速度不同，所以我们还要考虑这两个物体的相对速度。学生难以理解此过程。此外，两个物体将会受到什么样的作用力。再次，两个物体最后是否速度相同，又是题目会给出，又是题目会要求你自己求。而求取速度有涉及到其他物理量的计算。此过程将结合其他必修考查，需要学生小心面对。
例题：长为L、质量为M的长木板放在光滑的水平桌面上，其最右端有一只重m的物块（可视为质点）。已知物块与木板之间有摩擦且动摩擦因数为μ，系统处于静止状态.现要采用下面两种方法将木板从物块下面抽出来：
（1）给木板施加水平向右的恒定作用力，过了t时间后木板刚好被完全抽出，求此作用力。
（2）给木板施加一个水平向右的瞬时冲量，使木板刚好被抽出，求水平冲量的大小。
解题思路：（1）此题需要学生结合其他必修内容。根据牛顿第二定律我们求出木板和物块的加速度Am、am，再根据过程分析求两物体的位移之差，等于木板的长度L，联立解出作用力。（2）在给木板施加一个水平向右的瞬时后，我们可以通过动量定理求出冲量后获得的初速度v0，此时木板刚好被抽出时，两者速度恰好相同，物块停到木板最左端，在这个系统中使用动量守恒定律和能量守恒定律，最终求解冲量。
【文献参考】
[1] 宋月丽、高磊. 关于动量守恒定律应用的若干问题讨论[J]. 平顶山学院学报，2011，26（2）：33-37.
[2] 邱晓燕、唐志海. 一道力学碰撞问题中动量守恒與角动量守恒辨析[J]. 物理教学探讨，2011（11）：40-41.
（作者单位：安徽省明光中学）
