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《動(dòng)量定理》教學(xué)

上一節(jié)內(nèi)容通過對(duì)若干個(gè)碰撞實(shí)驗(yàn)的研究,找出了碰撞過程中的守恒量——?jiǎng)恿?。這可以說是一個(gè)一舉兩得的過程,既探尋了守恒量,又對(duì)守恒量進(jìn)行了定義。

本節(jié)是尋找守恒量守恒原因的過程環(huán)節(jié),兩個(gè)物體(系統(tǒng))的動(dòng)量守恒,但每個(gè)物體的動(dòng)量發(fā)生了變化,所以本節(jié)的任務(wù)是找到單體動(dòng)量變化的原因。從單體動(dòng)量變化的原因入手,逐步弄清系統(tǒng)動(dòng)量守恒的原因。

動(dòng)量的定義式為:P=mv,是個(gè)矢量,與速度矢量的方向相同,將mv當(dāng)作一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式來理解,矢量性就很容易理解。P要發(fā)生變化,從目前的認(rèn)知水平來說,可以變化m或v,當(dāng)然m、v同時(shí)變化也有可能。

我們從最簡(jiǎn)單的情形來探討。經(jīng)典力學(xué)的框架下,物體的質(zhì)量是不會(huì)發(fā)生變化的,速度變化的原因根據(jù)牛頓第一定律可知是物體受到了力的作用。但具體變化量的多少,需要根據(jù)牛頓第二定律來定量計(jì)算。又回到了牛頓運(yùn)動(dòng)定律這條老路上。好像每一次新的學(xué)習(xí),都是向經(jīng)典致敬。

。

這里有個(gè)不同于教材的細(xì)節(jié):

,這個(gè)加速度的定義式里,加速度實(shí)際上是平均加速度,剛學(xué)習(xí)加速度時(shí),難理解其物理意義,對(duì)這些細(xì)節(jié)沒細(xì)追究,隨著后續(xù)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的學(xué)習(xí),伴隨著對(duì)一些變力問題的定性分析,對(duì)加速度的認(rèn)識(shí)逐步 深化,學(xué)生可能會(huì)對(duì)定義式中的加速度有新的認(rèn)識(shí)。

牛頓第二定律:

。這個(gè)式子中的a是瞬時(shí)的。

定義式中的平均意義和牛頓第二定律中的瞬時(shí)意義,如何能統(tǒng)一呢?

恒力時(shí)一直恒定不變,a就相當(dāng)于兩式中的參數(shù),直接消參可得動(dòng)量變化的因果關(guān)系。

;左因右果。

若是變力。需要對(duì)

作一極端化處理,將
切分為許多小段,要小到在每一小段內(nèi)都可將F看作恒力。再套用上邊的規(guī)律,只不過運(yùn)算上稍微麻煩了點(diǎn)。

左邊矢量疊加,或者理解為矢量積分。右邊稍微思考一下,最后疊加只剩下整個(gè)過程的

。

恒力情況可認(rèn)為是最簡(jiǎn)情況,變力情況可看作是一些列恒力過程的疊加。

教材中呈現(xiàn)的內(nèi)容,都是最基礎(chǔ)的極簡(jiǎn)情況,天下難事必作于易。由易到難,由簡(jiǎn)到繁,需要運(yùn)用技巧去疊加,物理中的疊加技巧就是數(shù)學(xué)知識(shí)。

,這個(gè)最簡(jiǎn)式子,揭示出了動(dòng)量變化的原因。所以對(duì)其進(jìn)行了大書特書,立了大功就封官拜爵。將其命名為動(dòng)量定理,同時(shí)對(duì)左邊的
給了一個(gè)專有名號(hào)——沖量。動(dòng)量定理就是用來說明某一物理過程中,合力沖量和物體動(dòng)量變化之間的定量關(guān)系,也是因果關(guān)系。先不說守恒量的問題,光是這個(gè)式子,就能解釋很多有趣的現(xiàn)象。

直接運(yùn)用動(dòng)量定理解決問題時(shí),從式子上看,終于擺脫了加速度的計(jì)算,直接展示力和速度變化之間的關(guān)系,只不過,運(yùn)算時(shí),全是矢量運(yùn)算。

當(dāng)然,我們的終極目標(biāo)要始終探索下去。可以往深繼續(xù)思考一步,繼續(xù)探討系統(tǒng)動(dòng)量保持恒定的原因。

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