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《动量定理》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西

上一节内容通过对若干个碰撞实验的研究,找出了碰撞过程中的守恒量——动量。这可以说是一个一举两得的过程,既探寻了守恒量,又对守恒量进行了定义。

本节是寻找守恒量守恒原因的过程环节,两个物体(系统)的动量守恒,但每个物体的动量发生了变化,所以本节的任务是找到单体动量变化的原因。从单体动量变化的原因入手,逐步弄清系统动量守恒的原因。

动量的定义式为:P=mv,是个矢量,与速度矢量的方向相同,将mv当作一个数学表达式来理解,矢量性就很容易理解。P要发生变化,从目前的认知水平来说,可以变化m或v,当然m、v同时变化也有可能。

我们从最简单的情形来探讨。经典力学的框架下,物体的质量是不会发生变化的,速度变化的原因根据牛顿第一定律可知是物体受到了力的作用。但具体变化量的多少,需要根据牛顿第二定律来定量计算。又回到了牛顿运动定律这条老路上。好像每一次新的学习,都是向经典致敬。

这里有个不同于教材的细节:

,这个加速度的定义式里,加速度实际上是平均加速度,刚学习加速度时,难理解其物理意义,对这些细节没细追究,随着后续的匀变速直线运动、牛顿运动定律的学习,伴随着对一些变力问题的定性分析,对加速度的认识逐步 深化,学生可能会对定义式中的加速度有新的认识。

牛顿第二定律:。这个式子中的a是瞬时的。

定义式中的平均意义和牛顿第二定律中的瞬时意义,如何能统一呢?

恒力时一直恒定不变,a就相当于两式中的参数,直接消参可得动量变化的因果关系。

;左因右果。

若是变力。需要对作一极端化处理,将切分为许多小段,要小到在每一小段内都可将F看作恒力。再套用上边的规律,只不过运算上稍微麻烦了点。

左边矢量叠加,或者理解为矢量积分。右边稍微思考一下,最后叠加只剩下整个过程的

恒力情况可认为是最简情况,变力情况可看作是一些列恒力过程的叠加。

教材中呈现的内容,都是最基础的极简情况,天下难事必作于易。由易到难,由简到繁,需要运用技巧去叠加,物理中的叠加技巧就是数学知识。

,这个最简式子,揭示出了动量变化的原因。所以对其进行了大书特书,立了大功就封官拜爵。将其命名为动量定理,同时对左边的给了一个专有名号——冲量。动量定理就是用来说明某一物理过程中,合力冲量和物体动量变化之间的定量关系,也是因果关系。先不说守恒量的问题,光是这个式子,就能解释很多有趣的现象。

直接运用动量定理解决问题时,从式子上看,终于摆脱了加速度的计算,直接展示力和速度变化之间的关系,只不过,运算时,全是矢量运算。

当然,我们的终极目标要始终探索下去。可以往深继续思考一步,继续探讨系统动量保持恒定的原因。

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