动量守恒和机械能守恒条件比较分析

机械能守恒定律与动量守恒定律的比较及应用机械能守恒定律和动量守恒定律是物理学中非常重要的两个定律。

机械能守恒定律指出，在一个狭义的力学系统中，当质量不变的物体经历任意形式的作用后，其机械能（动能加势能）不改变。

而动量守恒定律则指出，一个拥有质量的物体，当受到一个力时，它的动量（质量乘以速度）会改变，但整个系统的动量不会改变。

这两个守恒定律在物理学中应用广泛，尤其在工程设计中非常重要。

机械能守恒定律和动量守恒定律的异同点机械能守恒定律和动量守恒定律有很多相似之处，但也有很大的不同。

首先，它们的基础是物理学中最基本的两个概念，即能量和动量。

然而，它们用于描述的是两个不同的物理现象：机械能守恒定律主要用于描述能量的转化，而动量守恒定律则主要用于描述物体的运动。

其次，两个定律的应用场景也不同。

机械能守恒定律适用于质量不变的运动物体，而动量守恒定律适用于任意运动状态的物体。

此外，两个定律的表述方式也存在一定的不同。

机械能守恒定律表述起来较为简单，它直接说明了机械能在运动过程中不会改变，即在一个封闭的力学系统中，机械能的总和保持不变。

动量守恒定律则需要使用向量的概念进行表述，同时要考虑到由于相互作用而发生的动量传递问题。

机械能守恒定律和动量守恒定律的应用在工程设计中，机械能守恒定律和动量守恒定律的应用非常广泛。

在机械设计中，机械能守恒定律可以用于确定机械系统的传动效率。

例如，在锯木机的设计中，比较容易通过测量前后锯木机的能量差来确定它的传动效率。

此外，在工程材料的研究中，机械能守恒定律也非常有用。

在碰撞问题中，机械能守恒定律可以帮助我们确定物体碰撞后的速度或最大变形量等。

动量守恒定律在工程设计中也被广泛应用。

例如，在交通工程中，我们可以利用动量守恒定律来设计交通灯的定时方案，以便使得交通流动更为流畅。

此外，在动力学设计中，我们也可以利用动量守恒定律来设计轨道车的制动系统，以确保运动的稳定和平稳。

总结机械能守恒定律和动量守恒定律是物理学中非常基础的两个定律。

高考复习指导动量守恒和机械能守，I：亘高考题剖析陈丽红，王嫣(河北师范大学物理科学与信息工程学院，河北石家庄050016)摘要：动量守恒定律和机械能守恒定律历来是高考物理试题的热点和难点。

本E),2003,--2007年高考物理试题中部分动量守恒定律和机械能守恒定律的典型题为例，进行解析，剖析易错点及成因，并分析试题特点。

关键词：高考物理试题；动量守恒定律；机械能守恒定律中图分类号：G633．7文献标识码：A文章编号：1009-010X(2008)04-0018-03动量守恒定律与机械能守恒定律历来是高考物理试题的热点和难点。

以下我们分析2003．2007年全国高考试卷中关于“动量守恒定律与机械能守恒定律”的典型试题，并进行归纳总结。

一、典型试题分析与学生主要易错点及成因例1．2003年卷22题r介子衰变的方程为K—，7r一+,r ro，其中K一介子和7r一介子．为带负电的基元电荷，矿介子不带电。

一个K—介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹A为圆弧A P，衰变后产生仃．介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径R。

．和R，之比为2：1。

矿介子的轨迹未画出。

如图1．由此可知^V 仃-介子的动量与矿介子的动量大小之比为( A．1：l B．1：2C．1：3D．1：6P××朗1)×眷××解析：K-介子衰变符合动量守恒，令m k…m m o分别表示K一、仃’、矿介子的质量，仇、”一、铀分别表示它们的速度，则由动量守恒可知，掣庐玎w o一舰Ⅳ一……①令风、R一分别表示K一和仃一的运动半径，由洛仑兹力和牛顿运动定律可知ev口=m k芒…”②儿^ev_B=m一譬…一③n一把②③代人①可得旦』上=导／7／桫0J易错点及成因：给了K’介子衰变却不知道用动量守恒求解，列不出动量守恒的式子①。

其原因是对动量守恒的适用条件理解不透。

例2．2004年2卷25题柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成，气缸与活塞间有柴油与空气的混合物。

动量守恒和机械能守恒的比较及应用作者：许海俊来源：《中学生理科应试》2016年第03期动量守恒定律和机械能守恒定律都是高中物理中的重点和难点，它们的综合应用是近年高考压轴题所考查的重要知识点.认清两守恒定律的相似之处和不同点，才能更好地掌握两定律，以便在解题时能灵活运用.一、两守恒定律的比较1.相似之处（1）两个定律都是用“守恒量”表示自然界的变化规律，研究对象均为物体系.应用“守恒量”表示物体系运动状态变化规律是物理研究中的重要方面.我们学习物理，就要学会用守恒定律处理问题.（2）两个守恒定律均是在一定条件下才成立，它们都是用运动前、后两个状态的守恒量的相等来表示物体系的规律特征的，因此，它们的表达式是相似的，且它们的表达式均有多种形式.（3）运用守恒定律解题都要注意其系统性（不是其中一个物体）、相对性（表达式的速度和其他有关物理量必须对同一参考系）、同时性（物体系内各物体的动量和机械能都是同一时刻的）、阶段性（满足条件后，各过程的始末守恒）.求解问题时，都只需考虑运动的初状态和末状态，而不必考虑两个状态之间的过程细节.（4）两个定律都可用实验加以验证，都可用理论进行论证.动量守恒定律是将动量定理用于相互作用的物体，在物体系不受外力的条件下推导出来的；机械能守恒定律是将动能定理用于物体系（物体和地球组成的系统），在只有重力做功的条件下推导而成的.2.不同之处（1）守恒量不同.动量守恒定律的守恒量是动量，机械能守恒定律的守恒量是机械能，因此，它们所表征的守恒规律是有本质区别的，动量守恒时，机械能可能守恒，也可能不守恒；反之亦然.（2）守恒条件不同.动量守恒定律的适用条件是系统不受外力（或某一方向系统不受外力），或系统所受的合外力等于零，或者系统所受的合外力远小于系统之间的内力.机械能守恒定律适用的条件是只有重力或弹力做功；或者只有重力或弹力做功，受其他力，但其他力不做功.（3）表达式不同.动量守恒定律的表达式是矢量式，不论是m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′，还是p1+p2=p1′+p2′，或者Δp1=-Δp2均是矢量式，对于在一直线上运动的物体系，只要规定正方向，动量守恒定律可表示为代数式.机械能守恒定律的表达式为标量式，一般它表示为Ek1+EP1=Ek2+EP2，或ΔEP=-ΔEK；或者ΔEa=-ΔEb（将系统分成a、b两部分来研究）.二、两守恒定律的应用要正确解答物理问题，就须先对题目所提供的物理情景、物理过程进行认真细致的分析.只要过程分析正确了，解题就是水到渠成、顺理成章的事——应用有关的公式、定理、定律等进行运算.因此在解答习题中应将“重心”放在分析物理过程上.下面通过分析三个例子来说明两守恒定律的应用.例1如图1所示，用长为l的轻细绳拴住一个质量为m的小球后，另一端固定在O点，将绳拉直后，将小球分别从位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ由静止开始释放，求小球经过最低点时的速度及绳对小球的拉力.图1讲析在运用机械能守恒定律解决问题时，关键是判断机械能是否守恒，根本依据是过程中物体受力情况及各力做功情况.本题中，当小球分别从Ⅰ、Ⅱ释放后，绳就对小球有拉力作用，运动过程中小球只受重力和绳的拉力作用，但绳的拉力对小球不做功，只有重力做功，故过程中小球的机械能守恒.先用机械能守恒定律求出小球经过最低点的速度，再根据牛顿第二定律可求出绳在最低点的拉力.如果认为小球从位置Ⅲ开始运动，机械能还守恒就大错特错了.小球从位置Ⅲ开始下落后，在一段时间内，绳对小球没有作用力（这时绳没有被拉直），小球做自由落体运动！（需要注意临界条件，从Ⅱ位置以下的各位置开始运动，机械能均守恒，从Ⅱ位置以上的各位置开始运动，出现了新情况，这时要认真研究因量变而发生质变的新情况）待小球下落了一个l长后，即小球到达位置Ⅰ时，绳开始对小球有作用力.所以，要注意临界条件往往会因量变而引起质变.在小球刚落至位置Ⅰ时，速度方向为竖直向下，大小为2gl （根据自由落体运动的公式v2t=2gl可得）.由于绳的拉力作用，同时绳不可伸长，小球其后的运动，只能是圆周运动.这意味着其后不可能保留沿绳方向的速度，但这一速度在刚到达Ⅰ是存在的.这一项分速度的大小为122gl（根据速度分解如图1中所示，沿绳方向的分速度为vtcos60°=122gl），这一速度在绳拉力作用下迅速减为零.因此小球开始做圆周运动时的速度不是2gl，而是322gl（垂直于绳方向的分速度为vtsin60°=322gl）.换言之，小球在这一极短时间内，机械能有了损失.当小球从Ⅰ再运动至最低点时，机械能重新守恒.同样应用机械能守恒定律和牛顿第二定律可求出小球运动至最低点的速度及受到的拉力.（附答案：v1=gl，v2=2gl，v3=52gl，F1=2mg，F2=3mg，F3=3.5mg）图2例2质量为M的斜劈A放在水平地面上，斜劈的斜面顶端放上一个质量为m的滑块B，如图2所示，当滑块从顶端滑向底端的过程中，如果不计一切摩擦，斜劈与滑块组成的系统动量是否守恒？讲析本题研究对象是A和B组成的系统.在B沿A的斜面下滑时，系统所受的外力为A与B的重力及地面对A的支持力.有的学生在分析这个过程时，认为A与B的重力及地面对A的支持力相互平衡，因而系统所受合外力为零，进而合外力的冲量为零，所以系统的动量守恒，这种判断是缺乏根据的.当滑块B沿斜面下滑时是加速下滑，这时将发生失重现象.因此，水平地面对A的支持力将小于A与B的重力，系统所受合外力并不为零，系统的动量并不守恒！应该看到，动量守恒定律反映的是矢量间的关系.当系统所受合外力不为零，系统的动量不守恒，但这时并不防碍在垂直于合外力的方向上的冲量为零，在这一特定的方向上动量是守恒的.在本题中，重力也好，支持力也罢，均为竖直方向上的外力.在水平方向上，系统是不受外力的，因此，系统在水平方向上的动量是守恒的.当B沿斜面下滑时，因A、B之间的弹力作用（此为内力），A将沿水平方向运动，A、B在水平方向的动量始终守恒.B在竖直方向的动量一直增加，系统在竖直方向的动量一直增加，并不守恒.所以，从总体上说，动量并不守恒，但在水平方向上动量是守恒的.可见，今后在处理问题时，应该注意区分系统的动量守恒及系统在某个方向的动量守恒.图3例3如图3所示，质量为M的摆被两根长为l的轻细绳悬挂起来.一颗质量为m的子弹，以一定的速度水平射人摆内，并留在摆中，摆与子弹摆过的最大角为θ，求子弹的速度.讲析在子弹射人摆的过程中，子弹与摆之间存在相互作用.这种作用既改变了子弹的动量也改变了摆的动量.实际上，这一作用时间是很短的，对于在这一极短时间内摆的运动可以忽略不计，因此，子弹与摆组成的系统在水平方向所受外力的冲量忽略不计，系统在水平方向的动量守恒.这一过程的最终结果是子弹与摆具有相同速度.但在这一过程中，系统的机械能不守恒，因为此过程中子弹克服巨大阻力做功，大量的机械能转化为内能.在子弹与摆以相同速度摆动过程中，系统所受外力为重力及绳拉力，但只有重力做功，拉力不做功，系统的动能转化为重力势能，机械能守恒.在这个过程中，因绳拉力的冲量作用，系统总动量减少，系统的动量不守恒.前一阶段（子弹打入摆的过程），系统动量守恒而机械能不守恒；后一阶段（摆与子弹摆动过程）又发生了相反的情况，系统的机械能守恒而动量不再守恒.这种结果并不奇怪，是由于这两个守恒定律有着不同的守恒条件.清楚了系统中物体的运动过程及其所遵循的规律，运用相应的定律就可解出.答案：v0=m+Mm2gl（1-cosθ）。

高中物理机械能守恒定律知识点归纳1．由物体间的相互作用和物体间的相对位置决定的能叫做势能．如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等．（1）物体由于受到重力作用而具有重力势能，表达式为E P=一mgh．式中h是物体到零重力势能面的高度．（2）重力势能是物体与地球系统共有的．只有在零势能参考面确定之后，物体的重力势能才有确定的值，若物体在零势能参考面上方高h处其重力势能为E P=一mgh，若物体在零势能参考面下方低h处其重力势能为E P=一mgh，“一”不表示方向，表示比零势能参考面的势能小，显然零势能参考面选择的不同，同一物体在同一位置的重力势能的多少也就不同，所以重力势能是相对的．通常在不明确指出的情况下，都是以地面为零势面的．但应特别注意的是，当物体的位置改变时，其重力势能的变化量与零势面如何选取无关．在实际问题中我们更会关心的是重力势能的变化量．（3）弹性势能，发生弹性形变的物体而具有的势能．高中阶段不要求具体利用公式计算弹性势能，但往往要根据功能关系利用其他形式能量的变化来求得弹性势能的变化或某位置的弹性势能．2．重力做功与重力势能的关系：重力做功等于重力势能的减少量W G=ΔE P减=E P初一E P末，克服重力做功等于重力势能的增加量W克=ΔE P增=E P末—E P初特别应注意：重力做功只能使重力势能与动能相互转化，不能引起物体机械能的变化．3、动能和势能（重力势能与弹性势能）统称为机械能．二、机械能守恒定律1、内容：在只有重力（和弹簧的弹力）做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变．2.机械能守恒的条件（1)做功角度：对某一物体，若只有重力（或弹簧弹力）做功，其他力不做功（或其他力做功的代数和为零），则该物体机械能守恒．(2）能转化角度：对某一系统，物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统和外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变为其他形式的能，则系统机械能守恒．3．表达形式：E K1＋E pl=E k2＋E P2（1）我们解题时往往选择的是与题目所述条件或所求结果相关的某两个状态或某几个状态建立方程式．此表达式中E P是相对的．建立方程时必须选择合适的零势能参考面．且每一状态的E P都应是对同一参考面而言的．（2）其他表达方式，ΔE P=一ΔE K，系统重力势能的增量等于系统动能的减少量．（3）ΔE a=一ΔE b，将系统分为a、b两部分，a部分机械能的增量等于另一部分b的机械能的减少量，三、判断机械能是否守恒首先应特别提醒注意的是，机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力等于零，例如水平飞来的子弹打入静止在光滑水平面上的木块内的过程中，合外力的功及合外力都是零，但系统在克服内部阻力做功，将部分机械能转化为内能，因而机械能的总量在减少．（1)用做功来判断：分析物体或物体受力情况（包括内力和外力），明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒；(2）用能量转化来判定：若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系机械能守恒．（3）对一些绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等除非题目的特别说明，机械能必定不守恒，完全非弹性碰撞过程机械能不守恒说明：1．条件中的重力与弹力做功是指系统内重力弹力做功．对于某个物体系统包括外力和内力，只有重力或弹簧的弹力作功，其他力不做功或者其他力的功的代数和等于零，则该系统的机械能守恒，也就是说重力做功或弹力做功不能引起机械能与其他形式的能的转化，只能使系统内的动能和势能相互转化．如图5－50所示，光滑水平面上，A与L1、L2二弹簧相连，B与弹簧L2相连，外力向左推B使L1、L2被压缩，当撤去外力后，A、L2、B这个系统机械能不守恒，因为L I对A的弹力是这个系统外的弹力，所以A、L2、B这个系统机械能不守恒．但对L I、A、L2、B这个系统机械能就守恒，因为此时L1对A的弹力做功属系统内部弹力做功．2．只有系统内部重力弹力做功，其它力都不做功，这里其它力合外力不为零，只要不做功，机械能仍守恒，即对于物体系统只有动能与势能的相互转化，而无机械能与其他形式转化（如系统无滑动摩擦和介质阻力，无电磁感应过程等等），则系统的机械能守恒，如图5－51所示光滑水平面上A与弹簧相连，当弹簧被压缩后撤去外力弹开的过程，B相对A没有发生相对滑动，A、B之间有相互作用的力，但对弹簧A、B物体组成的系统机械能守恒．3．当除了系统内重力弹力以外的力做了功，但做功的代数和为零，但系统的机械能不一定守恒．如图5—52所示，物体m在速度为v0时受到外力F作用，经时间t速度变为v t．（v t＞v0）撤去外力，由于摩擦力的作用经时间t/速度大小又为v0，这一过程中外力做功代数和为零，但是物体m的机械能不守恒。

机械能守恒定律与动量守恒定律的比拟及应用湖南省祁东县育贤中学张安国高中物理力学中涉及两个守恒定律，即动量守恒定律和机械能守恒定律，掌握这两个守恒定律，对物理概念和物理规律的理解能更进一步。

这两个定律表示的是机械运动不同本质的规律，有相似和相异之处。

一、相似之处1．两个定律都是用“守恒量〞来表示自然界的变化规律，研究对象均为物体系，运用“守恒量〞表示物体系运动状态的变化规律是物理研究的重要方法。

2．两个守恒定律均是在一定条件下才能成立，他们都是用运动的初、末两个状态的守恒量相等来表示物体系的规律特征，因此他们的表达式是相似的，并且均有多种形式。

3．运用守恒定律解题要注意其整体性〔不是其中一个物体〕、相对性〔表达式中的速度和其他有关物理量必须对应同一个参考系〕、同时性〔物体系内各物体的动量和机械能都是对应同一时刻的〕、阶段性〔满足条件的各个过程的始末量均守恒〕。

列方程时，只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑中间过程细节。

4．两个定律都可用实验验证，用理论论证。

动量守恒定律是将动量定理应用于相互作用的物体，在不受外力的条件下可推导出来；机械能守恒定律是将动能定理应用于物体系〔物体和地球组成系统〕，在只有重力做功的条件下可推导出来。

二、相异之处1．守恒量不同。

动量守恒定律的守恒量是动量，机械能守恒定律的守恒量是机械能。

因此他们所表征的守恒规律是有本质区别的。

动量守恒时，机械能可能守恒，也可能不守恒，反之亦然。

2．守恒条件不同。

动量守恒定律的适用条件是系统不受外力〔或系统在某一方向不受外力〕；或系统所受的合外力为零；或系统所受的合外力远小于系统的内力。

机械能守恒定律适用的条件是只有重力做功；或只有重力做功，其他力不做功；或虽除重力的功外，还有其他力做功，但这些力做功的代数和为零。

3．表达式不同。

动量守恒定律的表达式是一个矢量式，不管是，还是，或者均是矢量式。

对于在同一直线上运动的物体系，只要规定正方向，动量守恒定律可表示为标量式；对于不在同一直线上运动的物体，可进行正交分解后，列出两个标量式表示动量守恒。

机械能守恒定律与动量守恒定律的比较及应用机械能守恒定律与动量守恒定律是物理学中两个基本的守恒定律，它们在很多领域中都扮演着重要的角色。

本文将就这两个守恒定律进行比较，并探讨它们的应用。

1.机械能守恒定律机械能守恒定律是指，在某些情况下，一个系统的初始机械能与最终机械能之和保持不变。

它是由能量守恒定律推导出来的，是物理学中最基本的原理之一。

它可以应用于很多物理场景，如弹簧振子、自由落体等。

机械能守恒定律的应用：（1）弹簧振子对于一个弹簧振子，当它达到最高点时，它的动能为0，势能最大。

当它到达最低点时，势能为0，动能最大。

由于能量守恒定律，这两个状态下的总能量之和是相同的。

（2）自由落体自由落体是指物体以自由落体的方式运动。

这个场景中机械能守恒定律同样适用。

当物体从一个高点下落时，它具有势能并且没有速度，因此它的机械能等于势能。

当物体跌落至一定高度时，它的势能变为0，动能最大。

由于机械能守恒定律，物体运动过程中的机械能始终保持不变。

2.动量守恒定律动量守恒定律是指，在某些情况下，系统的总动量保持不变。

也就是说，如果一个系统中的物体相互作用，它们的总动量将保持不变。

这个定律可以应用于很多物理场景，如碰撞、爆炸等。

动量守恒定律的应用：（1）弹性碰撞对于一个弹性碰撞的场景，动量守恒定律可以用来求解碰撞前后物体的速度和质量等。

当发生碰撞时，系统的总动量始终保持不变。

质量越大，速度越小，因为动量是质量与速度的乘积。

（2）爆炸场景对于一个爆炸场景，动量守恒定律可以用来求解物体在爆炸之前和之后的动量。

当发生爆炸时，物体将会被推出，并在过程中损失一些动能。

但是由于动量守恒定律，总动量不变。

3.机械能守恒定律与动量守恒定律的比较在以上两个守恒定律中，机械能守恒定律更为简单，应用范围也更为广泛。

机械能守恒定律只需要考虑物体在某一时刻的状态，并且计算总机械能即可。

在这个过程中，不需要考虑物体本身的质量、形状等因素。

相比之下，动量守恒定律更为复杂，需要同时考虑物体的动量和质量。

机械能守恒定律和动量守恒定律大家知道，物体在没有空气阻力和摩擦力的条件下运动时，动能和势能之和保持不变；动能只能转变为势能，势能只能转变为势能，在转变的过程中，物体总的机械能是守恒的，这就是机械能守恒定律。

机械能守恒定律只是能的转变和守恒定律的一种特例。

在一般情况下，运动物体在克服摩擦力和媒质阻力的做功过程中，机械能会减少，所减少的枫树等于所产生的其他形式的能（物体的内能）。

实际上一切形式的以都可以互相转变，在转变过程中，各种形式的能的总和总是一个恒量。

或者说：能量不能消灭也不能创生，它只能从一种形式转变为另一种形式，这就是大家所熟悉的能的转化和守恒定律。

但是如何正确地应用它来解决有关问题，常常有的同学就感到困难。

特别是解决有关碰撞问题时，常常有同学把机械能守恒定律和动量守恒定律等同起来，错误地认为在碰撞过程中，动能也是守恒的。

例如，对于如下一个问题：“一个质量1200m g =的小球，速度140/v m s =；当它跟一个质量为21m kg =的大球碰撞后，以110/v m s '=-的速度反跳回来。

求小球所做的功和大民得到的动能。

”有的同学是这样考虑和计算的： 在碰撞以前，小球的动能22111110.24022k E m v J ==⨯⨯ 在碰撞以后，小球的动能：22211110.21022k E m v J '==⨯⨯ 在碰撞中过程中小球减少的动能是：()221210.240101502k k k E E E J J ∆=-=⨯⨯-= 所以大球得到的动能也是150J ，这在数值上就等于小小球对大球所做的功。

大球得到的动能是否等于小球所减少的动能150J 呢？我们不妨根据动量守恒定律来算一算碰撞后大球获得的速度是多少：在碰撞前，小球的速度140/v m s =，大球的速度20v =；在碰撞后，小球的速度110/v m s '=-，大球的速度设为2v '。

根据动量守恒定律：11221122m v m v m v m v ''+=+()112211220.240100.21010(/)1m v m v m v v m s m ⨯+⨯-⨯-'+-'=== 大球得到的动能是22222111105022KE m v J J ''==⨯⨯= 跟上面根据“动能守恒”的方法求得的结果恰恰相差100J ，这100J 的动能到底到哪里去了呢？显然在碰撞过程中，由于两个球不可能是完全的弹性体，所以一定有一部分动能消耗在使它产生永久形变而转变为物体的内能。