【相互作用过程中物体系统的动量和能量】 物体可不可以有动量而无能量
时间：2018-12-28 03:30:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 相互作用的物体系统，在作用过程中，其动量和能量都会发生变化。从动量和能量两个角度，全面分析系统的变化及其规律，是分析、处理物理问题的重要途径和方法。 关键词： 物体 系统 相互作用 动量守恒定律 机械能守恒定律
在物体间发生相互作用时，物体的动量会发生变化，通常物体的能量也会发生变化。在研究物体相互作用问题时，一方面要明确相互作用物体所构成系统的动量变化及其规律，另一方面同时要分析系统能量的变化及其规律。从动量和能量角度全面认识物体的相互作用问题是分析、处理物理问题的重要途径和方法。
一、相互作用过程中物体系统的动量
（一）动量守恒定律的内容和数学模型
两个或两个以上物体组成的物体系称为系统，系统内物体之间的作用力为系统内力，系统以外的物体与系统内物体之间的作用力为系统外力。对于两个物体组成的系统，如果系统不受外力或所受的合外力为零，则系统的总动在应用动量守恒定律时不仅要考虑动量的数值，还要考虑动量的方向，即要强调动量的矢量性。
（二）动量守恒定律的研究对象和成立条件
动量守恒定律的研究对象是物理系统。动量守恒定律的成立条件为“系统不受外力或所受的合外力为零”，这是理想条件，在实际环境中是找不到的。在具体问题中，符合以下三种情况的，都认为系统动量守恒。
1.系统根本不受外力（理想条件）。
2.系统有外力作用，但系统所受合外力为零，或在某个方向上合外力为零（非理想条件）。
3.系统所受的外力远远小于系统内力，且作用时间极短（近似条件）。
（三）动量守恒定律的适用范围
动量守恒定律由牛顿定律导出，但二者的研究对象不同，前者研究的是两个（或两个以上）质点组成的物理系统，后者研究的是单个质点；适用范围也不同，牛顿定律只适用于解决宏观物体的低速运动问题，而动量守恒定律适用于低速或高速运动的宏观或微观物体的相互作用，无论是机械运动、电磁运动或微观粒子运动，它是自然界普遍适用的基本规律之一，其适用范围要广泛得多。解决的典型问题包括碰撞、打击、反冲等。
（四）应用动量守恒定律解决问题的基本思路
应用动量守恒定律时，要注意系统的确定、守恒条件的确定、状态的确定和坐标正方向的确定。因此解题思路一般为：
1.分析题意，明确研究对象。在分析相互作用的物体总动量是否守恒时，通常把这些被研究的物体总称为系统，对于比较复杂的物理过程，要采用程序法对全过程进行分段分析，要明确在哪些阶段中，哪些物体发生相互作用，从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的。
2.受力分析，条件判断。对各阶段所选系统内的物体进行受力分析，弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力，哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力。在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件，判断动量是否守恒。
3.选定正方向，确定始、末状态。明确所研究的相互作用过程，确定过程的始、末状态，即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。
4.建立动量守恒方程求解，并对结果进行必要的讨论和说明。
注意：应用动量守恒定律时，系统中各物体的动量必须相对同一参考系来计算，一般选取地球为参考系。
二、相互作用过程中物体系统的能量
（一）机械能守恒定律的内容和数学模型
在机械运动中，物体的动能和势能可以相互转化。在只有重力或弹力做功的情况下，物体的动能和势能发生相互（二）机械能守恒定律的研究对象和成立条件
机械能守恒定律的研究对象是封闭的物理系统。机械能守恒定律的成立条件为“只有重力或弹力做功”，该条件可以理解为以下两种情况：
1.系统只受重力或弹力的作用。
2.系统有外力的作用，但外力不做功，或做功的代数和为零。
（三）机械能守恒定律的适用范围
机械能守恒定律只适用于机械运动。主要用于解决抛体运动（忽略阻力的情况下）、质点在竖直平面内的圆周运动、物体沿光滑不动的斜面或曲面运动等问题。
（四）应用机械能守恒定律解决问题的基本思路
应用机械能守恒定律时，要注意系统的确定、守恒条件的确定、状态的确定和零势能参考面的确定。因此解题思路一般为：
1.分析题意，明确研究对象。一般取物体和地球组成的系统。
2.受力分析，条件判断。在受力分析的基础上分析各力的做功情况，判断机械能是否守恒。
3.选取零势能面，明确始、末状态的机械能。一般取地面为零势能面。
4.列方程求解，并对结果进行必要的讨论和说明。
三、相互作用过程中物体系统的动量和能量
应用机械能守恒定律和动量守恒定律解决问题时，共同要求：系统确定、守恒条件确定、状态确定和零势能面确定（正方向确定）。共同优点：当定律满足守恒条件时，只需要考虑过程的初、末两个状态，而不需要考虑过程的细节。机械能守恒定律和动量守恒定律是有区别的，当系统的机械能守恒时，动量不一定守恒；当系统的动量守恒时，机械能不一定守恒。
问题1：如所示的装置中，木块B与水平面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块中，将弹簧压缩到最短。现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象（系统），则此系统从子弹开始射入木块到弹簧压缩到最短的整个过程中，动量是否守恒？机械能是否守恒？
析与解：第一阶段：在子弹射入木块的短暂过程中，若以子弹和木块为研究对象（系统），系统总动量守恒，而机械能有损失。
第二阶段：在木块（含子弹）压缩弹簧的过程中，对木块（含子弹）与弹簧组成的系统，机械能守恒，而动量却减为零。在这一过程中，系统水平方向所受的唯一外力――墙壁对弹簧的作用力，虽然因作用点无位移而不做功，却对系统有冲量，使系统动量减小，直至为零。
第三阶段：按题意以子弹、木块和弹簧合在一起组成的系统作为研究对象，在整个过程中，动量不守恒（子弹的初动量最终变为零），而机械能也不守恒（子弹射入木块过程中有机械能损失）。
一个复杂的物理过程可分为若干不同的阶段，每个阶段可以是不同的研究对象，遵循不同的规律。所以学习物理要注意到这一方面，能够提高分析、驾驭综合和复杂问题的能力。
析与解：把整个过程分为两个阶段，碰撞阶段和上升阶段。
但机械能不守恒，总动能（机械能）减少。
第二阶段：子弹与砂箱一同运动上升至高度为h处，不考虑空气阻力，这一过程只有重力做功，子弹与砂箱组成的系统机械能守恒，选取A所在的水平面为零势能面，则
损失的机械能几乎全部转化为热能（子弹与砂摩擦而产生的热量）。
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