物理问题处理中的守恒定律应用探讨
作者：李依桐
来源：《中学生数理化·学习研究》2017年第07期
动量守恒定律、能量守恒定律是在物理学中占有重要地位的两个基本定律。在一些综合性大题中，只有熟练地运用这两个守恒定律，才能保证解题正确性。 1.两个守恒定律的适应条件
动量守恒定律成立的基本条件是所参與的系统不受到外力的作用，或受外力的矢量和为零，外力远小于内力，近似于守恒。对于能量守恒定律，其成立的基本要求也是整体不受外力的作用，或虽受力但不做功或做功的代数和为零。 2.两个守恒定律在解题中的应用 2.1能量守恒定律的应用
能量定律在力学及热学中通常以运动与重力转换的形式出现，在运动过程中经常出现动能定理的运用，即能量由动能转换成势能，或者由动能转换成内能，甚至可以由动能转换为电能。
例如：倾斜的雪道长为25 m，顶端高度为15 m，下端经过一小段圓弧过渡后与很长的水平雪道相接。一滑雪运动员在倾斜雪道的顶端以水平速度v0=8 m/s飞出，在落到倾斜雪道上时，运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿斜面的分速度而不被弹起，除缓冲外运动员可视为质点，过渡轨道光滑，其长度可忽略，设滑雪板与雪道间的动摩擦因数μ=0.2，求运动员在水平雪道上滑行的距离。
求解这道题目可以先进行系统性分析，来确定哪个系统受到了影响，然后再对系统进行合理化的分开，分清楚哪个为做功部位，哪个为得到能量的部位，即得到重力势能的减少量和动能的增加量，以及摩擦力做功的多少，然后进行计算，则可以得到答案。 2.2动量守恒定律的应用
对于动量守恒定律而言，在应用过程中应考虑到动量与冲量的关系，以及外力之间的相互转换，然后将外力融入到系统中，或者将外力的作用对象融入到系统中，并选取与题设相关的时间点或时间段进行考虑，然后检查系统是否合理，进而计算得到外力的作用结果。
例如：质量m1=10 g的小球在光滑的水平桌面上以v1=30 cm/s的速率向右运动恰好遇上在同一条直线上向左运动的另一个小球。第二个小球的质量m2=50 g，速率v2=10 cm/s。碰撞后，小球m2恰好停止。求碰撞后小球m1的速度。
本题中将两个小球以及所在的桌面视为整个系统，然后将参考系可以设为桌面，由于在垂直方向上受重力和支持力的作用，可以得出在垂直方向上合力为零，对于水平方向而言，其中一个小球对另一小球造成了一个mv动量，另一个小球类似，产生了对一个小球的冲量，然后进行计算即可得出结论。 2.3两个守恒定律的联合应用
在大多数的解题过程中，通常会需要动量守恒定律和能量守恒定律的综合应用，通常情况下在解这类题时应考虑到速度的方向，以及转换的介质及初末态等。
例如：两块厚度相同的木块A和B，并列紧靠着放在光滑的水平面上，其质量分别为mA=2.0 kg，mB=0.90 kg。它们的下底面光滑，上表面粗糙。另有质量mC=0.10 kg的铅块C（其长度可略去不计）以vC=10 m/s的速度恰好水平地滑到木块A的上表面，由于摩擦，铅块C最后在木块B上相对静止时，测得B、C的共同速度v=0.50 m/s，求木块A的速度和铅块C离开木块A时的速度。
应考虑到铅块与木块的相对运动：相互作用后木块A与铅块C速度方向相同，继续滑动后滑出木块A，然后摩擦力将木块B与铅块相互联系达到共同速度，铅块作用后速度恰为共同速度，由A、B、C组成的系统所受合外力为零。在整个系统中摩擦力做功，动量守恒，能量守恒。
作者单位：天津市天津四中
物理问题处理中的守恒定律应用探讨
