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《动量守恒定律》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西
由追寻碰撞过程中的守恒量而“牵扯”进来的这一大众物体,在本节内容中,继续作为载体来配合探究动量这个守恒量守恒的原因。

通过上一节的学习可知:一个物体动量变化的原因是因为合力的冲量作用。上面实验中,两个物体总的动量保持不变,原因又是为何?

将两个物体分开来看,若总的动量保持不变,而单个物体的动量发生变化,则两个物体的动量变化只能等大反向,根据动量定理再追原因,则两物体所受合力需等大方向,而且作用时间相同。

分析上边几个例子,碰撞时,与速度方向平行的,可改变速度的力,都属于两物体之间的相互作用力,根据牛顿第三定律,碰撞时一对相互作用力恰好满足等大、反向、共线、同时的条件,两物体动量守恒是一种必然结果。

推广:若两物体碰撞时,除了相互间的作用力外,还有其它力的参与,两物体的动量还会保持不变吗?

若问结果,还得看原因。参与碰撞的两物体之间的相互作用力根据动量定理可知不会对总动量有影响。若还有其它力,需要考虑其他力的合力,同样根据动量定理,若其它力的合力为零,则总动量还是不会改变,若不为零,则总动量会发生变化。而且,可由动量定理求得总动量的变化。

对这类碰撞问题的分析可得两个普遍结论:
1.若系统(两个物体以上的物体系)除内力外不受外力或外力之和为零,则系统的动量在系统内物体之间有相互作用时不发生变化。这便是大名顶顶的动量守恒定律,是一个有条件的定律。
这个定律同时定义了几个概念:
系统:实质就是个物体系
内力:组成系统的内部物体之间的相互作用力
外力:组成系统的物体受到的系统外物体施加的作用力

动量守恒的原因是外力冲量为零,内力无论多大不影响系统动量。能理解动量变化的原因,也就可以找到动量守恒的条件。

2.若系统所受的外力之和不为零,则系统动量的变化等于外力的冲量和。相当于将动量定理应用于物体系。单体动量变化与物体所受的合力冲量相等,系统动量的变化只与外力冲量相等。可以把这个规律看作是系统的动量定理,有了这个认识,动量守恒定律可看作是系统动量定理的特殊情况。

学习完动量守恒定律之后,容易和机械能守恒混淆,内力、外力、保守力、其它力,一大堆长的像但内涵相差甚远的力会造成认知上的极度混乱。需要对动能、动量准确理解,对其变化的原因能准确分析,就会逐步理解这些概念的含义,进一步理解这些规律。

从牛顿运动和匀变速直线运动出发,结合点数学微积分的知识,逐渐走出了力学的独特道路。单独分析力的作用效果,就是产生了加速度,改变了速度。力和空间相结合,就可改变物体(系统)的能量。力和时间相结合,就可改变物体(系统)的动量。

高中阶段力学的主要规律至此全部学习完毕,剩下的就是分情况应用。



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