淺談新課程改革下機(jī)械能守恒定律的教學(xué)

戴艷明

綜合運(yùn)用，試題情境復(fù)雜。隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，必會適度滲入考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)和物理思想的因素，這就要求在機(jī)械能守恒定律這一章的教學(xué)中必須把核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】 功和能；核心素養(yǎng)

【中圖分類號】 G63.24 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）14-0-01

用能量觀念解題是解決動力學(xué)問題的三大途徑之一。教師在平時要注重功和能等基本概念的教學(xué)，創(chuàng)設(shè)清晰的物理情境，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)，靈活運(yùn)用牛頓定律、動能定理、及能量轉(zhuǎn)化的方法才能提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

一、講清功和能的概念有利于學(xué)生能量觀念的不斷發(fā)展

物理能量觀念的形成和發(fā)展需要學(xué)生通過功和能的概念、動能定理、機(jī)械能守恒定律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)才能逐步形成。通過系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用，可促進(jìn)學(xué)生的物質(zhì)觀念、能量觀念的不斷發(fā)展。涉及到功和能的概念的基本問題，往往會從如下幾個方面提出。

（一）功

1、做功與否的判斷：物體受到力的作用，并在力的方向上通過一段位移。由此看來，做功與否的判斷，關(guān)鍵看功的兩個必要因素，第一是力，第二是力的方向上的位移。

2、做功多少的計(jì)算問題：做功多少的計(jì)算可直接應(yīng)用功的公式。

W=FScosα

3、做功意義的理解問題：做功意味著能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化，做多少功，相應(yīng)就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化。

（二）能

1、動能：物體由于運(yùn)動而具有的能叫動能，其達(dá)式為：

2、動能定理：合外力所做的總功等物體動能的變化量

其表達(dá)式：

式中是指合外力對物體所做的功的代數(shù)和，也可以是合外力做的功。

3、重力勢能：物體由于被舉高而具有的能叫重力勢能，其表達(dá)式為：

其中h為物體所在處相對于所選取的零勢能面的豎直高度

4、彈性勢能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能，其表達(dá)式為：

5、機(jī)械能：動能和勢能的總和稱機(jī)械能。

6、機(jī)械能守恒守律：只有重力、彈力做功時，動能和勢能間相互轉(zhuǎn)換，但機(jī)械能的總量保持不變，機(jī)械能守恒定律的表達(dá)形式

用（1）時，需要規(guī)定重力勢能的參考平面。用（2）時則不必規(guī)定重力勢能的參考平面。一旦物體系所受的其他力對物體系做功，其他力做功的數(shù)值等于機(jī)械能的變化。即：除了重力和彈力外，其他力對物體系做功與物體系機(jī)械能變化數(shù)值相等。這一規(guī)律也叫功能原理

二、在教學(xué)設(shè)計(jì)中重視情境的創(chuàng)設(shè)和分析有利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展

創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。物理概念、規(guī)律的建立，需要創(chuàng)設(shè)情境。在諸多客觀情境中概括事物的共同屬性，抽象事物的本質(zhì)特征，完成從日常概念向物理概念的轉(zhuǎn)變。在這個過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生體會科學(xué)思維和日常思維的差異，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

例1、如圖物塊和斜面都是光滑的，物塊從靜止沿斜面下滑過程中，物塊機(jī)械能是否守恒？系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒？

解析：有些同學(xué)一看本題說的是光滑斜面，容易錯認(rèn)為物塊本身機(jī)械能就守恒。這里要提醒兩條：（1）由于斜面本身要向左滑動，所以斜面對物塊的彈力N和物塊的實(shí)際位移s的方向已經(jīng)不再垂直，彈力要對物塊做負(fù)功，對物塊來說已經(jīng)不再滿足“只有重力做功”的條件。（2）由于水平方向系統(tǒng)動量守恒，斜面一定會向左運(yùn)動，其動能也只能是由物塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)移而來，所以物塊的機(jī)械能必然減少。

學(xué)生在處理以上信息的過程中，經(jīng)歷了“比較—概括—抽象”的過程，發(fā)展了科學(xué)思維。

三、通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重提升探究能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神

物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容。物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、探究能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神方面具有特殊的地位。

例2：探究“動能定理”的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置，另外還有打點(diǎn)計(jì)時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙.當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài).要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，則：

（1）你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材

有__________________.

（2）實(shí)驗(yàn)時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是__________________，實(shí)驗(yàn)時首先要做的步驟是__________________.

（3）在（2）的基礎(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M.往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量m.讓沙桶帶動滑塊加速運(yùn)動，用打點(diǎn)計(jì)時器記錄其運(yùn)動情況，在打點(diǎn)計(jì)時器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v1與v2（v1

（用題中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測量得到的物理量）.

答案：（1）天平，刻度尺

（2）沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，平衡摩擦力

（3）

通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生學(xué)會從原理、器材、信息收集處理方法等各方面來構(gòu)思探究計(jì)劃，通過科學(xué)探究讓學(xué)生體會科學(xué)研究中相互合作的必要性，實(shí)現(xiàn)各小組之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識。教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果與事實(shí)，杜絕編造和修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

能的概念、功和能的關(guān)系以及各種不同形式的能的相互轉(zhuǎn)化和守恒的規(guī)律是自然界中最重要、最普遍、最基本的客觀規(guī)律，它貫穿于整個物理學(xué)中。在平時的教學(xué)中只有將復(fù)雜的物理過程分解成若干個子過程，分析每一個過程的始末狀態(tài)及物理過程中力、加速度、速度、能量和動量的變化，才能將“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)于教學(xué)實(shí)踐中。