胡文超

摘要：高中物理動(dòng)量和能量的知識(shí)點(diǎn)是理念物理高考試題的熱點(diǎn)與重點(diǎn)，但是學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)量和能量知識(shí)點(diǎn)時(shí)，由于方法正確，導(dǎo)致自身的物理考試成績相對(duì)較低。因此，我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理動(dòng)量與能量知識(shí)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該掌握合適的學(xué)習(xí)方法，先從物理動(dòng)量和能量的概念入手，然后學(xué)習(xí)相關(guān)定律，在對(duì)典型例題進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)，以此提高自身的物理考試成績。筆者對(duì)自己高中物理動(dòng)量與能量知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?yàn)閺V大高中生提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：高中物理；動(dòng)量；能量；知識(shí)點(diǎn)

一、前言

動(dòng)量與能量知識(shí)點(diǎn)是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，動(dòng)量定理與能量定理、動(dòng)量守恒定律與動(dòng)能量守恒定律歷來都是物理高考試題的熱點(diǎn)。但是，與動(dòng)量和能量相關(guān)的題型靈活性高、綜合性強(qiáng)以及難度相對(duì)較大，這就要求我們?cè)趯W(xué)習(xí)動(dòng)量和能量知識(shí)點(diǎn)時(shí)，需要對(duì)動(dòng)量與能量的所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，為物理動(dòng)量和能量知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和解題提供可靠、有效的幫助，筆者根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理動(dòng)量與能量知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)思路和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，具體如下文所示。

二、動(dòng)量和能量的概念

1、動(dòng)量和動(dòng)能。動(dòng)量與動(dòng)能都能夠用于描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，雖然兩者都與參考系數(shù)有關(guān)，但是存在明顯的差別，動(dòng)量屬于矢量，動(dòng)能屬于標(biāo)量，一定質(zhì)量物體的動(dòng)能發(fā)生改變，其動(dòng)量也隨之改變；一定質(zhì)量物體的動(dòng)量發(fā)生改變，但是動(dòng)能不一定發(fā)生改變。給定物體的質(zhì)量為m，其動(dòng)能與動(dòng)量之間的關(guān)系表示為：

2、沖量和功。沖量用于表示對(duì)時(shí)間的累積，會(huì)對(duì)物體的動(dòng)量產(chǎn)生影響；功用于表示對(duì)位移的累積，會(huì)對(duì)物體的能量產(chǎn)生影響。沖量屬于矢量，功屬于標(biāo)量。沖量和功具有共同的特點(diǎn)，即都是過程量。

沖量的計(jì)算過程表現(xiàn)為：①?zèng)_量的定義式表示為I=Ft（公式2），高中物理中該公式只能用于恒力沖量的計(jì)算。②按照沖量效果進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)動(dòng)量定理I合=ΔP（公式3）。③合力沖量的計(jì)算包括兩種方法：其一，先對(duì)各力F1、F2、F3…的沖量進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算矢量和；其二，先計(jì)算各力的合力，然后再利用F合t=I合（公式4），對(duì)沖量進(jìn)行計(jì)算。

功的計(jì)算過程表示為：①按照公式W=Fscosα（公式5）進(jìn)行功的計(jì)算，高中物理中該公式只能用于計(jì)算恒力做功。②功的計(jì)算利用W=Pt（公式6），如果已知某個(gè)力的功率，那么在t時(shí)間內(nèi)做的功就是W，并且時(shí)間t內(nèi)該力的功率是一個(gè)定值。③功的作用效果通常根據(jù)能量轉(zhuǎn)化量度進(jìn)行計(jì)算，利用功能關(guān)系或者動(dòng)能定理進(jìn)行功的計(jì)算，在計(jì)算的過程中需要注意不同力做功與不同能量變化的關(guān)系。例如，彈力做功后，彈簧的彈性勢能將會(huì)發(fā)生改變；重力做功后，物體的重力勢能將會(huì)發(fā)生改變；分子力做功后，分子勢能將會(huì)發(fā)生改變；合力做功后，物體的功能也發(fā)生改變。④合力功的計(jì)算，以質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象，其合力計(jì)算過程包括兩種：其一，先對(duì)各力所做的功進(jìn)行計(jì)算，然后求代數(shù)和，公式表示為W1+W2+W3+…=W合（公式7）；其二，先對(duì)合力進(jìn)行計(jì)算，然后利用公式F合scosα=W合（公式8）進(jìn)行合力功的計(jì)算。通常狀況，對(duì)于由若干物體組成的系統(tǒng)，需要利用隔離法對(duì)所有物體所受合力的功進(jìn)行計(jì)算，不能采用整體法進(jìn)行合力功的計(jì)算，特別是系統(tǒng)中物體之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楹狭榱?，但是合力功不一定為零。⑤作用力與反作用力功的計(jì)算，一對(duì)相互作用力，力的大小相同，方向相反，并且作用力與反作用力同時(shí)發(fā)生與消失，作用力和反作用力的沖量也存在上述關(guān)系。值得注意的是，因?yàn)樽饔昧εc反作用力作用在不同物體上，物體的位移不僅受加速的影響，還受初始條件（初始速度、初始位置）的影響，因此，兩個(gè)物體的位移矢量不一定相同。

三、動(dòng)量和能量的規(guī)律

1、動(dòng)量定理與動(dòng)能定理。動(dòng)能定理與動(dòng)能定理都是能夠?qū)?fù)雜過程轉(zhuǎn)化呈簡單的狀態(tài)，以便于研究，兩個(gè)定理都是由牛頓運(yùn)動(dòng)定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)出來的。動(dòng)量定理與動(dòng)能定理既能夠適用于物體的單個(gè)過程，也能夠適用于多個(gè)過程；既能夠適用于直線運(yùn)動(dòng)，也能夠適用于曲線運(yùn)動(dòng)；既能夠適用于恒力狀況，也適用于變力狀況。在應(yīng)用動(dòng)量定理與動(dòng)能定理時(shí)，需要了解兩個(gè)定理之間的差別，動(dòng)量定理屬于矢量方程，通過創(chuàng)建坐標(biāo)系列出相應(yīng)的分量式；動(dòng)能定理屬于標(biāo)量方程，不能夠列出分量式。在處理位移問題時(shí)，應(yīng)該采用動(dòng)能定理，在處理時(shí)間問題時(shí)，應(yīng)該采用動(dòng)量定理。因?yàn)榛樽饔昧头醋饔昧Φ臎_量總和為零，因此，動(dòng)能定理僅僅適用于單個(gè)質(zhì)點(diǎn)，不適用于整個(gè)系統(tǒng)，而動(dòng)量定理既能夠適用于單個(gè)質(zhì)點(diǎn)，也適用于整個(gè)系統(tǒng)。

2、動(dòng)量守恒與能量守恒。動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律用于研究系統(tǒng)或者物體運(yùn)動(dòng)變化過程中狀態(tài)的變化，在進(jìn)行系統(tǒng)或者物體運(yùn)動(dòng)過程研究時(shí)，只需要對(duì)引起變化的原因和改變的結(jié)果量進(jìn)行研究，并不需要對(duì)過程的具體變化細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，也就是說，在求解問題時(shí)，只需要了解始末狀態(tài)能量、動(dòng)量與力在過程中的沖量。對(duì)于一個(gè)物體系統(tǒng)，物體系統(tǒng)內(nèi)部存在相互作用時(shí)，需要利用動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律，尤其是相對(duì)路程問題，需要優(yōu)先考慮能量守恒定律。在運(yùn)用守恒定律時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：①機(jī)械能守恒定律成立條件，機(jī)械能守恒定律的成立條件主要包括以下幾個(gè)方面：其一，只受彈力，只有彈力做功，彈性勢能與動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化，例如，物體在光滑水平面運(yùn)動(dòng)時(shí)撞到彈簧，彈簧勢能與重力勢能發(fā)生轉(zhuǎn)變，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，機(jī)械能守恒；其二，只受重力，只有重力做功，只發(fā)生重力勢能與動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)化，例如，拋體運(yùn)動(dòng)；其三，物體不僅受到彈力作用，還受重力作用，彈力與重力共同做功，只發(fā)生重力勢能、彈性勢能以及動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，例如，物體在自由下落過程中碰到彈簧，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，機(jī)械能守恒；其四，雖然受其他力作用，但是只有重力、彈力做功，例如，物體在恒定拉力作用下斜面上勻速運(yùn)動(dòng)，雖然存在摩擦力，但是摩擦力與拉力大小相同，整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械能守恒。②動(dòng)能守恒定律成立條件，動(dòng)能守恒定律成立的條件主要包括以下幾個(gè)方面：其一，整個(gè)系統(tǒng)不受外力作用，或者外力合力為零；其二，雖然整個(gè)系統(tǒng)外力合力不為零，但是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，外力非常小，例如，爆炸過程中，重力作為外力，和內(nèi)力相比非常小，可以不略不計(jì)；其三，整個(gè)系統(tǒng)外力合力不為零，但是在某一個(gè)方向的分量合力為零，在該方向上可以采用動(dòng)能守恒定律。

3、典型例題分析。為了強(qiáng)化自身對(duì)動(dòng)量和能量知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，我們還應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)典型例題進(jìn)行練習(xí)，具體表現(xiàn)為：

以彈簧系統(tǒng)為例，彈簧伸縮過程的彈力方向、大小、相連物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有系統(tǒng)性、綜合性，在整個(gè)過程中多種狀態(tài)參量（動(dòng)量、沖量、能、功等）都發(fā)生了變化，在進(jìn)行彈簧類問題解題時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面：①彈簧壓縮和拉伸變形過程中，當(dāng)變形量絕對(duì)值相同，則表明彈簧的彈力大小以及彈性勢能也相同；②需要對(duì)和彈簧相連物體內(nèi)部機(jī)械能的變化進(jìn)行分析，與彈簧相連的物體在做功時(shí)，將會(huì)發(fā)生彈性勢能與其他能量的相互轉(zhuǎn)換；③重視對(duì)彈簧變形與關(guān)聯(lián)物運(yùn)動(dòng)關(guān)系分分析。

例1：如圖1所示，長木條M的左端固定一個(gè)彈簧，彈簧右端和小物塊m連接，兩個(gè)作用面的摩擦力均為零，開始時(shí)M與m處于靜止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)對(duì)m、M施加大小相同、方向相反的水平恒力F1、F2，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中，以下說法正確的是（）。

A.當(dāng)彈簧大小和水平恒力大小相同時(shí)，M、m的動(dòng)能達(dá)到最大值。

B.因?yàn)镕1、F2分別對(duì)m、M做功，因此整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能越來越大。

C.因?yàn)镕1、F2分別對(duì)m、M做功，因此整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)量越來越大。

D.因?yàn)镕1、F2大小相同、方向相反，因此整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械能守恒。

解析過程：當(dāng)F1=F2>kx時(shí)，M、m在F1、F2的作用下，分別向左、向右左勻加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F1=F2

四、結(jié)語

綜上所述，動(dòng)量和能量知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，知識(shí)點(diǎn)眾多，需要我們對(duì)動(dòng)量和能量的概念、規(guī)律進(jìn)行全面、深入的了解，值得注意的是，還應(yīng)該加強(qiáng)典型試題練習(xí)，在練習(xí)習(xí)題的過程中掌握如何巧妙的運(yùn)用動(dòng)量、能量觀點(diǎn)對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行簡單化處理，實(shí)現(xiàn)快速、高效、準(zhǔn)確解題，進(jìn)而提高自身的物理成績。

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