淺談“能量轉(zhuǎn)化和守恒定律”思想在高中物理教學(xué)中的意義

賈代枝

【摘要】能量的轉(zhuǎn)化和守恒是自然科學(xué)的核心內(nèi)容之一，它從更深層次上反映了物質(zhì)運(yùn)動和相互作用的本質(zhì)。它不僅是物理學(xué)最重要最基本的理論，還廣泛滲透在各門學(xué)科中。在中學(xué)物理中，此定律對于學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，聯(lián)系生活生產(chǎn)實(shí)際，形成可持續(xù)發(fā)展的意識有著十分重要的作用。

【關(guān)鍵詞】能量 守恒定律 思維

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）06-0158-02

一、樹立能量轉(zhuǎn)換和守恒定律“能量”的思想能幫助學(xué)生研究解決很多物理問題

這一定律它揭示了有“能量”這樣一個量，在孤立系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過一系列變化后保持不變，因此在孤立系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過一系列變化后的能量和最初的能量必定相等。在某些情況下，我們就有可能根據(jù)它預(yù)言系統(tǒng)的終態(tài)，而不必顧及中間復(fù)雜曲折的過程和步驟，這從實(shí)際應(yīng)用、解決實(shí)際問題的目的來說顯然是十分重要。在諸多物理習(xí)題中，往往一個題目涉及多個物理過程。假如我們按照一個個物理過程列方程來解題很復(fù)雜，但若用能量轉(zhuǎn)換的守恒定律來解題，則可以不考慮或少考慮具體物理過程，只需知道始末態(tài)情況，就可以簡便獲得所求的解，現(xiàn)舉例說明其優(yōu)越性。

例1：在距沙坑高H處自由釋放一個質(zhì)量為m的小球，不計空氣阻力，小球落入沙坑中深h，則小球在沙坑中受到的平均阻力為多少？

解法一：F-mg=ma ①

a=v2/2h ②

v2=2gh ③

由以上三個式子可得：F=mg（H+h）/h

解法二：由動能定理得：mg（H+h）-Fh=0

兩種方法對比“能量轉(zhuǎn)化”的思想優(yōu)越性顯而易見。

例2：一帶電油滴在勻強(qiáng)電場E中的運(yùn)動軌跡如圖所示，電場方向豎直向下。若不計空氣阻力，則此帶電油滴從a運(yùn)動到b的過程中，能量變化情況為（ ）

A. 動能增大B. 電勢能增加C. 動能和電勢能總和減少D. 重力勢能和電勢能之和增加

如果用動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)結(jié)合解此題，要復(fù)雜得多。用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來解題，不僅簡單，還能開拓學(xué)生思路，提高其分析問題的能力。油滴從a運(yùn)動到b的過程中重力勢能增加，動能增加，電勢能減少，如果從“能量轉(zhuǎn)化和守恒”思想來考慮，學(xué)生會輕而易舉的得出動能和電勢能的總和肯定的減少，因為電勢能增加；同理重力勢能和電勢能之和也必須減少，因為動能增加了。

二、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的思想鍛煉了學(xué)生的思維能力

對于學(xué)生，此定律在日常生活的某一具體事件中并不多見，只能從較為宏觀的角度作大致說明。例如分析“從地球吸收太陽光開始，討論發(fā)生在地球上的許多能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象”這一類問題，學(xué)生聯(lián)想思維的空間會向各個方向發(fā)散，使學(xué)生處于積極探索狀態(tài)，發(fā)展了學(xué)生的探究能力，教學(xué)中要有意識強(qiáng)化這一觀念，舉例說明：

例3，“用細(xì)繩拴住一個小球，繩的一端固定，使小球在光滑的平面上做勻速圓周運(yùn)動”，試分析此物理過程機(jī)械能是否守恒？

如果只簡單地依據(jù)機(jī)械能的總量是否改變來回答判斷機(jī)械能是否守恒，雖然是不恰當(dāng)?shù)?。學(xué)生通過學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律發(fā)現(xiàn)，從受力情況看，小球是符合機(jī)械能守恒條件的，但是，受力情況只是物體機(jī)械能守恒的必要條件，如果沒有動能與勢能的轉(zhuǎn)化，既沒有力的做功這個充分條件是不行的，沒有這個充分條件談不上機(jī)械能守恒。所以引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)一步拓展，學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)守恒定律中“守恒”二字的含義不是簡單的“不變”，而應(yīng)當(dāng)是：①要有變化，即動能勢能相互轉(zhuǎn)化。②要有機(jī)械能總量的恒定不變。沒有變化，就無“守”字可談；沒有總量的不變，就沒有“恒”字可講?！笆睾恪钡暮x應(yīng)當(dāng)是在變化中保存著恒定，在恒定中進(jìn)行著變化。通過這樣的分析，學(xué)生的思維發(fā)生了質(zhì)的飛躍，發(fā)現(xiàn)了“機(jī)械能是否守恒”和“機(jī)械能總量是否不變”的區(qū)別，從而使他們思維上升到理論水平，明白機(jī)械能守恒定律成了條件（1）物體必須在保守力作用下，（2）必須有動能、勢能的相互轉(zhuǎn)化。只有滿足這兩個條件，才可以繼續(xù)考察機(jī)械能總量是否恒定，做出機(jī)械能是否守恒的結(jié)論。這樣分析，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了思維的多向性與聚合性的辯證統(tǒng)一。

三、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律使學(xué)生更廣泛地認(rèn)識其他問題

比如能源的損耗問題、環(huán)保問題、效率問題等等，學(xué)生會關(guān)系諸如“怎樣提供煤氣灶熱效率”“新能源開發(fā)成本”等許多實(shí)際問題，認(rèn)識到能量轉(zhuǎn)化的方向性，增強(qiáng)節(jié)約能源意識，關(guān)心和科學(xué)地認(rèn)識核能的開發(fā)和利用等等，培養(yǎng)他們可持續(xù)發(fā)展的意識，把將科學(xué)服務(wù)于類作為自己的使命與責(zé)任，增強(qiáng)社會責(zé)任感，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生德育教育的良性發(fā)展。

總之，“能量”是學(xué)物理學(xué)習(xí)的一條主線，而能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的觀念很重要，要根植在學(xué)生心田，使學(xué)生用“STS”理念去細(xì)心學(xué)習(xí)體會，全面提高學(xué)生自身素質(zhì)。