動(dòng)量和動(dòng)能的本質(zhì)區(qū)別

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  動(dòng)量(mv)和動(dòng)能()都是反映物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量,又都取決于運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度,但是這兩個(gè)物理量有著本質(zhì)的區(qū)別。

  一、動(dòng)量和動(dòng)能是分別反映運(yùn)動(dòng)物體兩個(gè)不同本領(lǐng)的物理量

  動(dòng)量只表達(dá)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的本領(lǐng),它是描述物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。機(jī)械運(yùn)動(dòng)所傳遞的不是速度,而是物體的動(dòng)量。對(duì)于給定的物體(質(zhì)量不變),如果其運(yùn)動(dòng)的速度不同。則其機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的本領(lǐng)也不相同;對(duì)于不同質(zhì)量的物體,即使其運(yùn)動(dòng)的速度相同,則其機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞本領(lǐng)也會(huì)不相同。所以物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的本領(lǐng)不是用速度來表示,而是用動(dòng)量來描述。即使動(dòng)量的大小相等,由于運(yùn)動(dòng)的方向不同,其機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的結(jié)果也會(huì)不相同,所以動(dòng)量是矢量,其方向與瞬時(shí)速度的方向一致。由于速度是狀態(tài)量,所以動(dòng)量也是一個(gè)狀態(tài)量,通常所說的動(dòng)量,總是指某一時(shí)刻或某一位置時(shí)物體的動(dòng)量。

  動(dòng)能只表達(dá)了某一時(shí)刻物體具有的做功的本領(lǐng),它也是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。對(duì)于給定的物體(質(zhì)量不變),如果其運(yùn)動(dòng)的速度的大小不同,則其做功的本領(lǐng)也不相同;對(duì)于不同質(zhì)量的物體,即使其運(yùn)動(dòng)的速度相同,其做功的本領(lǐng)也不相同。所以運(yùn)動(dòng)物體做功的本領(lǐng)不能用速度來表示,而是用動(dòng)能來描述。對(duì)于給定的物體(質(zhì)量不變),當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)快慢改變時(shí)。其動(dòng)能也隨之改變,且某時(shí)刻物體的動(dòng)能僅由該時(shí)刻物體運(yùn)動(dòng)速度的大小來決定,跟速度的變化過程無關(guān)。不管物體的運(yùn)動(dòng)方向如何,只要其速度的大小不變,質(zhì)量不變,物體所具有的做功的本領(lǐng)就相同,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),其動(dòng)能不一定發(fā)生變化,而物體的動(dòng)能發(fā)生變化時(shí),其動(dòng)量一定發(fā)生變化。

  二、動(dòng)量和動(dòng)能是分別量度物體運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)不同本質(zhì)的物理量

  在16~17世紀(jì),當(dāng)時(shí)基于運(yùn)動(dòng)總量總是守恒的哲學(xué)思想,人們開始尋找量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)的合適物理量來表達(dá)運(yùn)動(dòng)量的守恒。速度雖然是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。如果用速度來量度機(jī)械運(yùn)動(dòng),十分明顯,它是不能反映運(yùn)動(dòng)量的守恒,于是從不同的角度先后提出了用動(dòng)量和動(dòng)能兩種方法來量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

  動(dòng)量是物體運(yùn)動(dòng)的一種量度,它是從機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的角度,以機(jī)械運(yùn)動(dòng)來量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)的。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的過程中,機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞遵循動(dòng)量守恒定律。動(dòng)量相等的物體可能具有完全不同的速度,動(dòng)量雖然與速度有關(guān),但不同于速度,僅有速度還不能反映使物體獲得這個(gè)速度,或以使這個(gè)速度運(yùn)動(dòng)的物體停下來的難易程度。動(dòng)量作為物體運(yùn)動(dòng)的一種量度,能反映出使給定的物體得到一定速度需要多大的力,作用多長的時(shí)間。

  動(dòng)能也是物體運(yùn)動(dòng)的一種量度。它是從能量轉(zhuǎn)化的角度,以機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為一定量的其他形式的運(yùn)動(dòng)的能力來量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)的。在動(dòng)能的轉(zhuǎn)化過程中,動(dòng)能的轉(zhuǎn)化遵循能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律,動(dòng)能作為物體運(yùn)動(dòng)的一種量度,能反映出使給定的物體得到一定速度需要在多大的力的作用下。沿著力的方向移動(dòng)多長的距離。

  三、動(dòng)量和動(dòng)能的變化分別對(duì)應(yīng)著力的兩個(gè)不同的累積效應(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,沖量則是引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因,并且是動(dòng)量變化的量度。動(dòng)量定理描述的是一個(gè)過程,在此過程中,由于物體受到?jīng)_量的作用,導(dǎo)致物體的動(dòng)量發(fā)生變化。

  動(dòng)能定理揭示了動(dòng)能的變化是通過做功過程來實(shí)現(xiàn),且動(dòng)能的變化是通過做功來量度的。動(dòng)能定理所揭示的這一關(guān)系。也是功跟各種形式的能量變化的共同關(guān)系,即功是能量變化的量度。各種形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的,這種轉(zhuǎn)化也都是通過做功來實(shí)現(xiàn)的,且通過做功來量度。由此可見。動(dòng)量和動(dòng)能的根本區(qū)別,就在于它們描述物理過程的特征和守恒規(guī)律不同。每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體都具有一定的動(dòng)量和動(dòng)能,但動(dòng)量的變化和能量的轉(zhuǎn)化,完全服從不同的規(guī)律。因此要了解和區(qū)別這兩個(gè)概念,就必須從物理變化過程中去考慮。

  動(dòng)量的變化表現(xiàn)著力對(duì)時(shí)間的累積效應(yīng),動(dòng)量的變化與外力的沖量相等;動(dòng)能的變化表現(xiàn)著力對(duì)空間的累積效應(yīng),動(dòng)能的變化與外力做的功相等。動(dòng)量與沖量既是密切聯(lián)系著的、又是有本質(zhì)區(qū)別的物理量。動(dòng)量決定物體反抗阻力能夠移動(dòng)多久;動(dòng)能與功也是密切聯(lián)系著的。又是有本質(zhì)區(qū)別的物理量,動(dòng)能決定物體反抗阻力能夠移動(dòng)多遠(yuǎn)。

  例1 一物體在恒力的作用于從靜止開始在水平面內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng),若用t表示物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、s表示物體運(yùn)動(dòng)的位移,則下列敘述中正確的是()

  A.質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)刻的動(dòng)能與t成正比

  B.質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)刻的動(dòng)能與s2成正比

  C.質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)刻的動(dòng)量與t2成正比

  D.質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)刻的動(dòng)量與成正比

  解析 由動(dòng)能定理和動(dòng)量定理可知,在恒力作用下,從靜止開始做直線運(yùn)動(dòng)的物體在t時(shí)刻所具有的動(dòng)能就等于物體在時(shí)間t內(nèi)動(dòng)能的變化,即對(duì)應(yīng)于時(shí)間t內(nèi)合外力所做的功。故此時(shí)物體所具有的動(dòng)能反映了力對(duì)空間的積累效果,動(dòng)能的大小跟位移成正比;同理,在恒力作用下,從靜止開始做直線運(yùn)動(dòng)的物體在t時(shí)刻所具有的動(dòng)量就等于物體在時(shí)間t內(nèi)動(dòng)量的變化,即對(duì)應(yīng)于時(shí)間t內(nèi)合外力的沖量,故此時(shí)物體的動(dòng)量反映了力對(duì)時(shí)間積累的效果,動(dòng)量的大小跟時(shí)間成正比。在題目給定的選項(xiàng)中,選項(xiàng)ABC跟上述關(guān)系相違背。由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知,所以,選項(xiàng)D是正確的。

  雖然動(dòng)量和動(dòng)能有著根本的區(qū)別。兩者既不能混淆,也不能互相取代,但動(dòng)量和動(dòng)能都與物體的質(zhì)量有關(guān),兩者從不同的角度描述了運(yùn)動(dòng)物體的特征,兩者都是狀態(tài)量,且兩者的大小間存在關(guān)系式。

  作者:孫恒芳


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