邱昱臻
贺州市昭平中学 广西壮族自治区 贺州市 546899
摘要：动量守恒定律作为高中理科学生必修的四大基本守恒定律之一，对于培养学生的物理学科核心素养非常重要。本文针对高中物理中能量守恒定律的两个推导展开探讨，在教学中培养学生的学科核心素养，体会物理学科学的论证思维方式。
关键词：动量守恒；定律；高中；物理；推论；应用
一、研究背景
动量守恒定律的教学难点、重点是通过对能量守恒定律的推导，让学生掌握从物理学视觉来分析物体相互作用的能力，培养学生的物理科学思维方式。对于两个或两个以上相互作用的物体，当受力物体的动量发生变化时，施加力的一方动量也会发生变化。通过实验与推论可知：若将相互作用的两个或两个以上的物体当成是一个整体来考量，在这个整体不受外力或者外力的矢量和等于零时，这一整体的总动量保持不变，这就是所谓的动量守恒定律。
二、高中物理动量守恒定律推论1及其应用
动量定律的矢量性表示：某一方向上的冲量只能引起这一方向的动量变化，对与其垂直方向上的动量不产生影响。结合动量守恒定律可得到推论1：系统在一个方向上不受外力或者受得合外力等于零时，在与其垂直方向上受得合力不等于零，那么不受外力或合外力等于零的方向上系统遵循能量守恒定律。
例题1：在光滑水平地面上有一个质量为m1的小球，一个质量为m2的车，小球用长为L的细绳子挂在车上，刚开始球与车匀速静止，突然给小球一个水平向左的速度，问小球摆动中绳子与竖直方向的最大夹角是多少度？
由于小车与小球借助绳子这一媒介发生相互作用，那么将小球与小车视作一体来分析。当小球向左边摆动时，带动小车也向左边运动，当细绳子和竖直方向呈最大摆角时，小车与小球的速度是一样的。在这一过程中，系统竖直方向上受力不等于零，而系统水平方向上并未受外力。依据上述推论可知，小球与小车这一整体在水平方向上遵循动量守恒定律，并且遵循系统机械能守恒。
将小球的初速度设为v1，当摆线和竖直方向呈现最大夹角时，小球速度达到v2，依据动能守恒定律与动量守恒定律可得：
v1m1=（m2+m1）v2 ①
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三、高中物理动量守恒定律推论2及其应用
大部分人在运用能量守恒定律时只考虑系统受到的外力，若系统所受外力矢量和等于零或者不受外力，那么系统的动量遵循守恒定律，不需要考虑系统内力的大小和。究其缘由，是由于系统内部各个物体之间相互作用的内力属于一对方向相反大小相等的作用力，这些力的矢量和等于零，因此它们也不会引起动量的变化，系统的总动量是守恒的，也就是可以将它们看成是一个动量守恒的系统。由此，可得出推论2：当两个或两个以上的物体之间不存在相互作用力时，并且它们受到的外力矢量和等于零，那么久可以将这些物体视作是一个动量守恒的系统。
例题2：将两个小球A与B用绳子连接起来，中间夹着一个被压缩的轻弹簧，两者静置于水平桌面上。两个物体的质量分别是mA与mB，并且mA=2mB，它们跟桌面的动摩擦因数分别为μA与μB，并且μA=1/2μB。当剪断细绳后，两个小球开始运动，并且两个小球脱离弹簧时均具有一定的初速度，提问：当小球A的速度达到vA时，小球B的速度是多少？
根据上述题干信息，我们可对脱离弹簧前与脱离弹簧后的两个小球展开分析。将脱离弹簧前的两个小球视作一个整体，那么两个小球受到的摩擦力大小分别是μAmAg与μBmBg，两个摩擦力方向相反、大小相等，同时这一整体受到的外力矢量和等于零，所以这一系统的动量守恒，并且总动量等于零。当两个小球脱离弹簧后，两球之间不存在相互作用力，即它们受到的外力矢量和等于零，依据推论可知，它们的总动量依然遵循动量守恒定律。所以，从剪断绳子到小球静止前的整个过程，系统能量守恒并且等于零。
依据动量守恒定律可知，当小球A的速度为vA时，小球B不会静止，因此，设小球B的速度为vB，可得：
mAvA+mBvB=0 ①
mA=2mB ②
将①变式可得vB=-mAvA/mB，将③变式可得vB=-2vA，也就是小球B的速度是小球A的两倍，但是两者的运动方向是相反的。
四、动量守恒定律推导在生活化情境中的应用
通过上述两个推论的深入分析，可让学生更加深入理解动量守恒定律的细微之处，进而更好地应用与掌握这项定律。教师可引入生活化情境，从学生的日常生活现象入手，让学生体会到物理学在生活中的重要作用，培养其物理学科的思维方式，例如从汽车追尾的生活现象抽象出物理模型——两个质点相互作用，进而推导出动量守恒定律。如下图1所示，两个质点A、B在光滑水平面上做匀速运动，质量分别是m1与m2，沿着同一条直线做同方向运动，速度分别是v1与v2，并且质点A的速度会大于质点B。
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图1
学生通过已经学习过的动量守恒定理推导出：设碰撞过程中质点A与质点B所受的平均作用力分别是F1与F2，那么依据动量守恒定律可得出：
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对A、B由动量守恒定律可得出：F1与F2两者大小相等但方向相反，因此可得出F1t=-F2t，也就是
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遵循动量守恒定律。
综上所述，动量守恒定律是高中物理的一个重要内容，教师在讲授时，应当将定律推论讲透讲深入，并引入生活化情境，让学生更好地理解动量守恒定律的细微之处，“知其然且知其所以然”，进而帮助学生更好地运用动量守恒定律。
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