对高中物理动量和动能的教学思考

黎洪波

【摘 要】物理概念是用最简洁的语言来描述某类事物（现象）本质特征的。从多年的教学发现学生对概念的理解不正确或不透彻是学不好物理的重要原因。所以教师应高度重视物理概念的教学。

【关键词】动量；动能；运动传递；做功本领

一、概念介绍

动量和动能是高中物理的两大核心概念。抽象、理解难度大、易混淆。高中物理教材虽然经历了多次改编，但动量、冲量、动量定理、动能定理等内容一直存在。不同时期虽然要求有所不同，但一直是高考的必考考点。这是高中物理教师必须面对的不得不解决的难题。

动量概念是在思考怎样量度物体运动量和寻找守恒量的过程中逐渐建立起来的。早在十七世纪初，意大利物理学家伽利略首先引入了“动量”这一词。1687年英国物理学家牛顿在《自然哲学与数学原理》一书中定义了动量：“运动的量是用它的速度和质量一起来量度的”。

物体由于运动而具有的能，称为物体的动能。它的大小定义为物体质量与速度平方乘积的二分之一。

二、动量是描述运动状态的物理量，是机械运动传递的量度

我们把物体的质量和速度的乘积叫动量。用符号p表示（p=mv）单位为kg·m/s，动量是矢量，方向与速度方向相同。动量是状态量，是用来描述质点运动状态的物理量，即描述质点在某一时刻或某一瞬时状态的物理量。质点的动量具有相对性，一般相对惯性参考系而言。质点组（或系统）的动量为组内各质点动量的矢量和。研究质点间相互作用过程中的运动传递时我们用动量来量度（如碰撞、反冲、爆炸等）。因为机械运动传递的是动量而非速度。当然动量也不一定能将某一过程完全描述清楚，如果有必要我们还可以从能的角度来描述运动。

力是运动状态改变的原因，动量是描述运动状态的物理量，它们有何关？

取一运动前景：在光滑水平桌面上有一质量为m的物块，在力F作用下用t的时间加速前进了x，速度从v1加速到v2

对物体m加速运动的过程由牛顿第二定律有F=ma，又由加速度的定义式a=故有Ft=mvt-mv0。

从上式可以看出力与时间的乘积才是动量改变的原因，即力在时间上的积累效果是物体动量改变的原因。我们把力与时间的乘积叫做力的冲量，用字母I表示：I=Ft（t表示时间，Ft理解为合外力的冲量，F可以是恒力也可以还是变力），是表示过程的矢量。上式表示物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量。这个关系叫做动量定理。

三、动能是运动物体具有的能，是一种对外做功的本领

对上图由F=ma和2ax=vt2-v02可推出Fx=mvt2-mv02，这说明力在空间上的积累是物体动能改变的原因，“力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化”。能是一种做功本领的体现，动能是指运动物体具有的对外做功的本领。物体的动能改不了，说明运动物体对外做功的本领改不了。

四、辨析动量与动能

我们引入动量与动能的目的是为了从不同的角度把物体的运动描述得更清楚。教学时要让学生能辨析动量和动能及其变化。动量的变化与力和时间有关，动能的变化与力和空间位移有关，但力在作用时间内不一定有位移，所以我们应从来两角度来理解运动。一个是从力在时间上的积累来描述物体运动状态改变的，二是从力在空间距离上的积累来研究物体做功本领的。

为什么要从两个领域描述同一个运动？这是因为有些物理现象从一个角度不是太好说清楚。例如，让你右手水平伸出端着一杯水保持静止，你能坚持多久？这种感觉是因为你对水杯做功导致的吗？没有做功吧，而是对水杯施加冲量来抵消水杯在相同时间里重力产生的冲量。正因为如此水杯的状态才一直没有改变。有些物理现象从两个角度都好理解。在空气中高速发射的子弹，空气阻力做了负功，动能减少，做功的本领减弱，到最后可能还穿不过一张白纸。从动量的角度看，在飞行过程中阻力产生了负的冲量，使得子弹的运动状态发生改变，动量不断减少到最后掉在地上。

恩格斯在《运动的量度—功》一书中指出“在不发生机械运动和其他形式的运动的转化的情况下，运动的专递和变化可以用动量去量度，当发生了机械运动和其他形式运动转化的情况下则应以动能去量度”。这说明了动量是从运动传递的角度来描述运动的，而动能是从能量转化的角度来描述物体运动变化的。

所以动量和动能是分别反映运动物体在两个不同本领的物理量。动量只表达了机械运动传递的本领，它是描述物体机械运动状态的物理量。机械运动所传递的不是速度，而是物体的动量。动能描述的是物体做功的本领，从能量转化的角度来描述运动的物理量。

物理规律本身就是为了解释物理现象而建立的，如果发现一个物理现象用现有的物理规律都无法解释，那我们应该建立一个新理论了。

五、在教学中应慎用案例

教师在上课时要注意实例应用，有些举例不但不能帮助你说明问题，反而会更加混淆概念。在讲《动量和动量定理》时有的老师会用“飞来的足球能用头去顶，但飞来的铅球没人敢用头去顶”这个例子来引入本节内容。这个例子会让已经学了动能还没学习动量的学生怎么想？自然会想到铅球的质量大、动能大、对外做功的本领强，故不敢用头去顶。如果老师还要说“这与我们本节将要学习的动量有关”，那可完了，从一开始就让学生混淆了动量和动能的概念了。这用我们物理语言来讲，这个引入在做负功。

对老教材上对“鸡蛋下落到泡沫塑料垫上会不会破的实验”：我认为蛋下落后在泡沫塑料垫上减速的距离大，地板上减速的距离小，即空间距离变化的大小显现的，易理解。据动能定理有-Fx=0-mv02可知，蛋下落到泡沫垫上x大，动能的变化又是相同的，故平均作用力F的大小就小，故不宜碰破。但减速时间的长短这一信息是掩藏的，要经过推理才知道。增加了学生的理解难度。

以上是我在教学中对动量、动能两个概念的一点思考，想说明对物理概念的理解在物理教学中的重要性。借此抛砖引玉，希望触发读者的思维……