“機(jī)械能守恒定律”教改嘗試

徐海鵬

(臨夏回民中學(xué) 甘肅 臨夏 731100)

在人教版《物理·必修2》的教材中，“機(jī)械能守恒定律”是第七章第8節(jié)，而“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”是第七章第9節(jié)，即教材這樣安排的主要意圖是讓學(xué)生先學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律，然后再通過實驗進(jìn)行驗證.

然而筆者認(rèn)為，如果把教材內(nèi)容略做調(diào)整，則更容易體現(xiàn)“鼓勵學(xué)生大膽參與科學(xué)研究，希望學(xué)生積極動手、動腦，通過自主的探究活動，學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律”的新課標(biāo)教學(xué)理念.

下面是筆者在反思多年課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，以新課標(biāo)理念為指導(dǎo)，對“機(jī)械能守恒定律”的課堂教學(xué)進(jìn)行的教改嘗試.目的是希望學(xué)生對高中物理的核心知識點，能做到好學(xué)、樂學(xué)，從而最終實現(xiàn)高中物理新課程三維目標(biāo).

1 教學(xué)設(shè)想

把驗證實驗“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”轉(zhuǎn)化為探究實驗“探究自由落體運動中動能與重力勢能的關(guān)系”，并把此實驗課融合到“機(jī)械能守恒定律”的課堂教學(xué)中.采用探究式教學(xué)法，通過讓學(xué)生參與課堂實驗，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計多種實驗方案來解決物理問題，這樣既體現(xiàn)了學(xué)生在課堂中的主體參與性和創(chuàng)造性，又使他們在潛移默化中學(xué)習(xí)到物理知識，更重要的是了解了物理學(xué)的研究方法.

2 教學(xué)過程

2.1 對自由落體運動中動能與重力勢能關(guān)系的探究

(1)復(fù)習(xí)已學(xué)知識，做好實驗準(zhǔn)備

通過復(fù)習(xí)動能、重力勢能的概念，引導(dǎo)學(xué)生注意物體自由下落過程中動能、重力勢能的確定方法.

提問：由觀察可知物體自由下落時，其動能增加，重力勢能減少，那自由下落中物體的動能和重力勢能之間有什么樣的定量關(guān)系？如何找到這個關(guān)系？

(2)設(shè)計實驗方案，明確操作步驟

讓學(xué)生發(fā)揮聰明才智，根據(jù)提供的實驗器材畫出實驗裝置簡圖，設(shè)計出他們認(rèn)為最合理、最可行的實驗方案，并在小組內(nèi)交流討論，確定出小組成員集體認(rèn)可的實驗方案.

教師可選擇出一些有代表性的實驗方案，并讓方案的設(shè)計者通過投影儀講解其實驗設(shè)計思路及具體數(shù)據(jù)處理方法.

方案一：將重物連接紙帶并通過打點計時器，重物下落后在紙帶上打出一系列點.研究紙帶，即可得到物體在每個位置的動能和重力勢能，列成表格，并觀察表格中的數(shù)據(jù)規(guī)律.

方案二：通過打點紙帶研究重物在下落過程中任意兩個位置間動能的變化量及重力勢能的變化量，并確定它們的關(guān)系.

(3)進(jìn)行實驗，處理數(shù)據(jù)

按照不同的實驗方案進(jìn)行分組實驗.在實驗過程中對于實驗中遇到的問題或是操作上遇到的困難，教師首先要鼓勵學(xué)生通過交流討論，想辦法解決.若遇到的困難比較大或是通過討論后仍沒有解決的問題，教師則進(jìn)行恰當(dāng)引導(dǎo)解決.

完成實驗后，選取最為成功的一組數(shù)據(jù)，填入預(yù)先設(shè)計好的計算程序表格中，讓計算機(jī)完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)計算，并通過電子白板或投影把結(jié)果展示出來(表1,表2).

表1 動能和重力勢能

表2 動能和重力勢能的變化量

(以上表格中的5個研究點為任意選取，亦可按規(guī)律選取，對結(jié)果不會產(chǎn)生實質(zhì)影響)

2.2 利用實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)

(1)緊扣表格數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)機(jī)械能守恒

引導(dǎo)學(xué)生對表格數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向、縱向的觀察和分析，通過小組內(nèi)的討論交流，最后由小組代表做總結(jié)發(fā)言.

在這里教師可用“看看哪個小組能發(fā)現(xiàn)更多的規(guī)律”等類似的語言來鼓勵競爭，從而更好地促進(jìn)學(xué)生對知識點的興趣.

學(xué)生能總結(jié)出的規(guī)律大致如下：

1)動能增加，重力勢能減少.

2)動能與重力勢能之和基本上是不變的.

3)動能的變化量和重力勢能的變化量大致相同.

4)動能與重力勢能之和隨著下落過程略微減少.

5)重力勢能的變化量略大于動能的變化量.

(2)趁熱打鐵，點明機(jī)械能守恒

結(jié)論1)、2)、3)表明：物體在自由下落過程中，動能與重力勢能間相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中動能與重力勢能的和是不變的，即機(jī)械能守恒.

機(jī)械能守恒有兩個核心的表達(dá)式

動能+重力勢能=恒量

動能的變化量=重力勢能的變化量

(3)討論“誤差”原因，找出機(jī)械能守恒條件

結(jié)論4)、5)表明：在我們的實驗中機(jī)械能只是近似守恒，為什么？

除去由于測量和計算產(chǎn)生的誤差以外，學(xué)生應(yīng)該很容易找到4)、5)這種“誤差”就是由于重物下落過程中的各種無法消除的摩擦阻力造成的.

從而很容易得出機(jī)械能守恒的關(guān)鍵條件即沒有摩擦阻力，只在重力作用下.

(4)機(jī)械能守恒定律

內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變.

條件：只有重力或彈力做功，其他力不參與做功或做功可忽略.

表達(dá)式：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2ΔEk=ΔEp

3 教學(xué)反思

新課標(biāo)的三維目標(biāo)，不應(yīng)只停留在書面上或口頭上，而是教師要通過不斷地嘗試，給學(xué)生創(chuàng)造參與科學(xué)探究的機(jī)會，使學(xué)生有感受、有體驗，從而樂于把書本知識內(nèi)化為自己的知識.

筆者的這次教改嘗試，以探究物理規(guī)律為出發(fā)點，以實驗活動為中心，以分析實驗、總結(jié)實驗為核心，通過讓學(xué)生設(shè)計實驗、操作實驗、總結(jié)實驗，使學(xué)生的情感、興趣都處于積極興奮狀態(tài)，并把觀察、分析、講解、實驗、運用有機(jī)地結(jié)合起來，促使學(xué)生實現(xiàn)認(rèn)識上的轉(zhuǎn)化與飛躍，從而真正實現(xiàn)新課標(biāo)的三維目標(biāo).

另外，本次嘗試特別注重實驗與多媒體輔助教學(xué)的結(jié)合，尤其是實驗原始數(shù)據(jù)處理為表格數(shù)據(jù)的計算過程，由于計算量很大，若沒有有效的多媒體輔助手段，則無法在短時間內(nèi)得到實驗的結(jié)論，當(dāng)然教學(xué)目標(biāo)就更無從談起.用計算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)，除了可以節(jié)省時間，增加課堂容量，還可以讓學(xué)生感受到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在物理學(xué)研究中的重要性.

本次嘗試的另外一個關(guān)鍵就是對教材內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和整合，把原先的驗證實驗調(diào)整到前面，整合為一個探究實驗，從而讓學(xué)生感覺到“機(jī)械能守恒定律”這樣一個重要的定律，并非離自己很遠(yuǎn)，而是由他們在實驗和課堂中發(fā)現(xiàn)的，從而激發(fā)探索創(chuàng)新的強(qiáng)烈欲望，促進(jìn)其對物理學(xué)進(jìn)一步的研究興趣.

當(dāng)然本次教改嘗試也有不足之處，從自由落體運動得到機(jī)械能守恒規(guī)律，以高中生的角度而言探究可以很順利地完成，但作為一個嚴(yán)謹(jǐn)物理規(guī)律推演過程而言，科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性略顯牽強(qiáng)，希望以后能想到更好的方案改進(jìn)這一點.

總之，以上就是筆者對“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)的一點想法，提出來供大家參考或斧正，若哪位同仁亦有類似想法，請不吝賜教.