動(dòng)量(mv)與動(dòng)能()都是反映物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量,都取決于運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度,但這兩個(gè)物理量有著本質(zhì)的區(qū)別。
1.動(dòng)量和動(dòng)能是反映運(yùn)動(dòng)物體兩個(gè)不同能力的物理量。
動(dòng)量只表達(dá)機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的能力,是描述物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的不是速度,而是物體的動(dòng)量。對(duì)于同一個(gè)物體(質(zhì)量不變),如果它的運(yùn)動(dòng)速度不同,那么它傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能力也就不同;對(duì)于不同質(zhì)量的物體,即使它們的運(yùn)動(dòng)速度相同,其傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能力也會(huì)有所不同。所以,物體傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能力不是用速度來(lái)表達(dá)的,而是用動(dòng)量來(lái)描述的。即使動(dòng)量大小相等,由于運(yùn)動(dòng)方向不同,其傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的結(jié)果也會(huì)不同,所以動(dòng)量是矢量,它的方向與瞬時(shí)速度的方向一致。既然速度是狀態(tài)量,那么動(dòng)量也是狀態(tài)量。通常所說(shuō)的動(dòng)量,總是指物體在某一時(shí)刻或位置的動(dòng)量。
動(dòng)能只表達(dá)物體在某一時(shí)刻做功的能力,也是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。對(duì)于某一物體(質(zhì)量不變),如果它的運(yùn)動(dòng)速度大小不同,它做功的能力也不同;對(duì)于不同質(zhì)量的物體,即使它們的運(yùn)動(dòng)速度相同,做功的能力也是不同的。所以,運(yùn)動(dòng)物體做功的能力不能用速度來(lái)表示,而是用動(dòng)能來(lái)表示。對(duì)于某一物體(質(zhì)量不變),當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度發(fā)生變化時(shí),它的動(dòng)能也隨之變化,物體在某一時(shí)刻的動(dòng)能只由物體該時(shí)刻速度的大小決定動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系,與速度的變化過(guò)程無(wú)關(guān)。不管物體運(yùn)動(dòng)的方向如何,只要它的速度大小不變,質(zhì)量不變,物體做功的能力就是一樣的,所以動(dòng)能是一個(gè)標(biāo)量。 當(dāng)物體的動(dòng)量發(fā)生變化時(shí),它的動(dòng)能不一定發(fā)生變化,但當(dāng)物體的動(dòng)能發(fā)生變化時(shí),它的動(dòng)量必然發(fā)生變化。
2. 動(dòng)量和動(dòng)能是衡量物體運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)不同的物理量。
16、17世紀(jì),基于運(yùn)動(dòng)總量永遠(yuǎn)守恒的哲學(xué)思想,人們開(kāi)始尋找合適的物理量來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)動(dòng),以表達(dá)運(yùn)動(dòng)守恒。速度雖然是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量,但如果用速度來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)動(dòng),很明顯無(wú)法體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)守恒。因此,從不同角度提出了動(dòng)量和動(dòng)能兩種方法來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
動(dòng)量是物體運(yùn)動(dòng)的量度,它從機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的角度來(lái)度量機(jī)械運(yùn)動(dòng)。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中,機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞遵循動(dòng)量守恒定律,動(dòng)量相等的物體,其速度可能完全不同。動(dòng)量雖然與速度有關(guān),但與速度不同,速度本身并不能反映使物體獲得這個(gè)速度或使以這個(gè)速度運(yùn)動(dòng)的物體停止的難易程度。動(dòng)量作為物體運(yùn)動(dòng)的量度,可以反映使給定物體獲得某一速度需要多大的力,以及需要多長(zhǎng)時(shí)間才能起作用。
動(dòng)能也是物體運(yùn)動(dòng)的量度,它從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)動(dòng),利用將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成一定量的其他形式運(yùn)動(dòng)的能力。在動(dòng)能轉(zhuǎn)換過(guò)程中,動(dòng)能的轉(zhuǎn)換遵循能量轉(zhuǎn)換和守恒定律。動(dòng)能作為物體運(yùn)動(dòng)的量度,可以反映出需要多大的力才能使給定的物體達(dá)到一定的速度,沿著力的方向運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)?
3、動(dòng)量和動(dòng)能的變化對(duì)應(yīng)著兩種不同的力的累積效應(yīng)。
動(dòng)量定理描述了沖量是物體動(dòng)量變化的量度。動(dòng)量是表征運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量。動(dòng)量的增量表示物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。沖量是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的原因,是動(dòng)量變化的量度。動(dòng)量定理描述了物體的動(dòng)量由于沖量作用而發(fā)生變化的過(guò)程。
動(dòng)能定理揭示了動(dòng)能的變化是通過(guò)做功的過(guò)程實(shí)現(xiàn)的,而動(dòng)能的變化又是通過(guò)做功來(lái)衡量的。動(dòng)能定理揭示的這種關(guān)系也是功與各種形式的能量變化的共同關(guān)系,即功是能量變化的尺度。各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,這種轉(zhuǎn)化也是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的,也是通過(guò)做功來(lái)衡量的。由此可以看出,動(dòng)量與動(dòng)能的根本區(qū)別就在于它們?cè)谖锢磉^(guò)程中所描述的特性和守恒定律不同。每一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體都有一定的動(dòng)量和動(dòng)能,但動(dòng)量的變化和能量的轉(zhuǎn)化卻完全服從不同的規(guī)律。因此,要理解和區(qū)分這兩個(gè)概念,必須從物理變化過(guò)程的角度來(lái)考慮。
動(dòng)量的變化反映力對(duì)時(shí)間的累積作用,動(dòng)量的變化等于外力的沖量;動(dòng)能的變化反映力對(duì)空間的累積作用,動(dòng)能的變化等于外力所作的功。動(dòng)量和沖量是既密切相關(guān)又有本質(zhì)區(qū)別的物理量。動(dòng)量決定物體克服阻力能運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)時(shí)間;動(dòng)能也與功密切相關(guān)。它們也是有本質(zhì)區(qū)別的物理量,動(dòng)能決定物體克服阻力能運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)。
例1 1 一物體在恒定力的作用下,由靜止開(kāi)始在水平面內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng),設(shè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,物體運(yùn)動(dòng)的位移為s,則下列說(shuō)法正確的是( )
A. 粒子在時(shí)間 t 時(shí)的動(dòng)能與 t 成正比
B. 粒子在時(shí)刻t的動(dòng)能與s2成正比
C. 粒子在時(shí)刻 t 的動(dòng)量與 t2 成正比
D.粒子在時(shí)刻t的動(dòng)量與分析成正比。根據(jù)動(dòng)能定理和動(dòng)量定理,在恒定力的作用下,物體在時(shí)刻t從靜止開(kāi)始做直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系,它的動(dòng)能等于物體在時(shí)刻t的動(dòng)能變化量,也就是對(duì)應(yīng)于合外力在時(shí)刻t所作的功。因此,物體此時(shí)的動(dòng)能反映了力對(duì)空間的積累作用,動(dòng)能大小與位移成正比;同樣,在恒定力的作用下,物體在時(shí)刻t從靜止開(kāi)始做直線運(yùn)動(dòng),它的動(dòng)量等于物體在時(shí)刻t的動(dòng)量變化量,也就是對(duì)應(yīng)于合外力在時(shí)刻t所作的沖量。因此,物體此時(shí)的動(dòng)量反映了力積累對(duì)時(shí)間的作用,動(dòng)量大小與時(shí)間成正比。題目給出的選項(xiàng)中,選項(xiàng)ABC違反了上述關(guān)系。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)定律,選項(xiàng)D是正確的。
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雖然動(dòng)量與動(dòng)能有著本質(zhì)的區(qū)別,兩者不能混淆,也不能互相替代,但動(dòng)量和動(dòng)能都與物體的質(zhì)量有關(guān),都是從不同角度描述運(yùn)動(dòng)物體的特性,都是狀態(tài)量,且二者之間存在著大小關(guān)系。
參考
1 王培清. 中學(xué)物理教學(xué)中易混淆的問(wèn)題. 長(zhǎng)沙: 湖南教育出版社, 1983. 162~164
2 人民教育出版社.中等師范學(xué)校物理上冊(cè)教學(xué)參考書.北京:人民教育出版社,1998.180~181
3 關(guān)敬成.守恒定律.濟(jì)南:山東教育出版社,2001.91~93
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