黎洪波

【摘 要】物理概念是用最簡潔的語言來描述某類事物（現(xiàn)象）本質(zhì)特征的。從多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對概念的理解不正確或不透徹是學(xué)不好物理的重要原因。所以教師應(yīng)高度重視物理概念的教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】動量；動能；運(yùn)動傳遞；做功本領(lǐng)

一、概念介紹

動量和動能是高中物理的兩大核心概念。抽象、理解難度大、易混淆。高中物理教材雖然經(jīng)歷了多次改編，但動量、沖量、動量定理、動能定理等內(nèi)容一直存在。不同時期雖然要求有所不同，但一直是高考的必考考點(diǎn)。這是高中物理教師必須面對的不得不解決的難題。

動量概念是在思考怎樣量度物體運(yùn)動量和尋找守恒量的過程中逐漸建立起來的。早在十七世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伽利略首先引入了“動量”這一詞。1687年英國物理學(xué)家牛頓在《自然哲學(xué)與數(shù)學(xué)原理》一書中定義了動量：“運(yùn)動的量是用它的速度和質(zhì)量一起來量度的”。

物體由于運(yùn)動而具有的能，稱為物體的動能。它的大小定義為物體質(zhì)量與速度平方乘積的二分之一。

二、動量是描述運(yùn)動狀態(tài)的物理量，是機(jī)械運(yùn)動傳遞的量度

我們把物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動量。用符號p表示（p=mv）單位為kg·m/s，動量是矢量，方向與速度方向相同。動量是狀態(tài)量，是用來描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)的物理量，即描述質(zhì)點(diǎn)在某一時刻或某一瞬時狀態(tài)的物理量。質(zhì)點(diǎn)的動量具有相對性，一般相對慣性參考系而言。質(zhì)點(diǎn)組（或系統(tǒng)）的動量為組內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)動量的矢量和。研究質(zhì)點(diǎn)間相互作用過程中的運(yùn)動傳遞時我們用動量來量度（如碰撞、反沖、爆炸等）。因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動傳遞的是動量而非速度。當(dāng)然動量也不一定能將某一過程完全描述清楚，如果有必要我們還可以從能的角度來描述運(yùn)動。

力是運(yùn)動狀態(tài)改變的原因，動量是描述運(yùn)動狀態(tài)的物理量，它們有何關(guān)？

取一運(yùn)動前景：在光滑水平桌面上有一質(zhì)量為m的物塊，在力F作用下用t的時間加速前進(jìn)了x，速度從v1加速到v2

對物體m加速運(yùn)動的過程由牛頓第二定律有F=ma，又由加速度的定義式a=故有Ft=mvt-mv0。

從上式可以看出力與時間的乘積才是動量改變的原因，即力在時間上的積累效果是物體動量改變的原因。我們把力與時間的乘積叫做力的沖量，用字母I表示：I=Ft（t表示時間，F(xiàn)t理解為合外力的沖量，F(xiàn)可以是恒力也可以還是變力），是表示過程的矢量。上式表示物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量。這個關(guān)系叫做動量定理。

三、動能是運(yùn)動物體具有的能，是一種對外做功的本領(lǐng)

對上圖由F=ma和2ax=vt2-v02可推出Fx=mvt2-mv02，這說明力在空間上的積累是物體動能改變的原因，“力在一個過程中對物體做的功，等于物體在這個過程中動能的變化”。能是一種做功本領(lǐng)的體現(xiàn)，動能是指運(yùn)動物體具有的對外做功的本領(lǐng)。物體的動能改不了，說明運(yùn)動物體對外做功的本領(lǐng)改不了。

四、辨析動量與動能

我們引入動量與動能的目的是為了從不同的角度把物體的運(yùn)動描述得更清楚。教學(xué)時要讓學(xué)生能辨析動量和動能及其變化。動量的變化與力和時間有關(guān)，動能的變化與力和空間位移有關(guān)，但力在作用時間內(nèi)不一定有位移，所以我們應(yīng)從來兩角度來理解運(yùn)動。一個是從力在時間上的積累來描述物體運(yùn)動狀態(tài)改變的，二是從力在空間距離上的積累來研究物體做功本領(lǐng)的。

為什么要從兩個領(lǐng)域描述同一個運(yùn)動？這是因?yàn)橛行┪锢憩F(xiàn)象從一個角度不是太好說清楚。例如，讓你右手水平伸出端著一杯水保持靜止，你能堅(jiān)持多久？這種感覺是因?yàn)槟銓λ龉?dǎo)致的嗎？沒有做功吧，而是對水杯施加沖量來抵消水杯在相同時間里重力產(chǎn)生的沖量。正因?yàn)槿绱怂臓顟B(tài)才一直沒有改變。有些物理現(xiàn)象從兩個角度都好理解。在空氣中高速發(fā)射的子彈，空氣阻力做了負(fù)功，動能減少，做功的本領(lǐng)減弱，到最后可能還穿不過一張白紙。從動量的角度看，在飛行過程中阻力產(chǎn)生了負(fù)的沖量，使得子彈的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變，動量不斷減少到最后掉在地上。

恩格斯在《運(yùn)動的量度—功》一書中指出“在不發(fā)生機(jī)械運(yùn)動和其他形式的運(yùn)動的轉(zhuǎn)化的情況下，運(yùn)動的專遞和變化可以用動量去量度，當(dāng)發(fā)生了機(jī)械運(yùn)動和其他形式運(yùn)動轉(zhuǎn)化的情況下則應(yīng)以動能去量度”。這說明了動量是從運(yùn)動傳遞的角度來描述運(yùn)動的，而動能是從能量轉(zhuǎn)化的角度來描述物體運(yùn)動變化的。

所以動量和動能是分別反映運(yùn)動物體在兩個不同本領(lǐng)的物理量。動量只表達(dá)了機(jī)械運(yùn)動傳遞的本領(lǐng)，它是描述物體機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)的物理量。機(jī)械運(yùn)動所傳遞的不是速度，而是物體的動量。動能描述的是物體做功的本領(lǐng)，從能量轉(zhuǎn)化的角度來描述運(yùn)動的物理量。

物理規(guī)律本身就是為了解釋物理現(xiàn)象而建立的，如果發(fā)現(xiàn)一個物理現(xiàn)象用現(xiàn)有的物理規(guī)律都無法解釋，那我們應(yīng)該建立一個新理論了。

五、在教學(xué)中應(yīng)慎用案例

教師在上課時要注意實(shí)例應(yīng)用，有些舉例不但不能幫助你說明問題，反而會更加混淆概念。在講《動量和動量定理》時有的老師會用“飛來的足球能用頭去頂，但飛來的鉛球沒人敢用頭去頂”這個例子來引入本節(jié)內(nèi)容。這個例子會讓已經(jīng)學(xué)了動能還沒學(xué)習(xí)動量的學(xué)生怎么想？自然會想到鉛球的質(zhì)量大、動能大、對外做功的本領(lǐng)強(qiáng)，故不敢用頭去頂。如果老師還要說“這與我們本節(jié)將要學(xué)習(xí)的動量有關(guān)”，那可完了，從一開始就讓學(xué)生混淆了動量和動能的概念了。這用我們物理語言來講，這個引入在做負(fù)功。

對老教材上對“雞蛋下落到泡沫塑料墊上會不會破的實(shí)驗(yàn)”：我認(rèn)為蛋下落后在泡沫塑料墊上減速的距離大，地板上減速的距離小，即空間距離變化的大小顯現(xiàn)的，易理解。據(jù)動能定理有-Fx=0-mv02可知，蛋下落到泡沫墊上x大，動能的變化又是相同的，故平均作用力F的大小就小，故不宜碰破。但減速時間的長短這一信息是掩藏的，要經(jīng)過推理才知道。增加了學(xué)生的理解難度。

以上是我在教學(xué)中對動量、動能兩個概念的一點(diǎn)思考，想說明對物理概念的理解在物理教學(xué)中的重要性。借此拋磚引玉，希望觸發(fā)讀者的思維……