淺談《機械能守恒定律》的教學策略

楊春華

摘要：《機械能守恒定律》是高中物理課程中的經(jīng)典課程，經(jīng)典之處在于：動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化實例分析、理論推導機械能守恒定律、總結(jié)機械能守恒條件和應用機械能守恒定律解決實際問題。但在實際教學中發(fā)現(xiàn)，學生對定律的理解和應用往往并未達到預期效果。這說明教師的教學還是有所欠缺的。本文結(jié)合筆者多年的一線教學經(jīng)驗，談談《機械能守恒定律》這節(jié)課運用的一些教學策略。

關(guān)鍵詞：物理教學;機械能守恒定律;教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）23-042

對于新課的引入，多數(shù)教師用單擺“碰鼻”實驗或者“伽利略理想斜面”裝置，兩者物理原理相同，只是形式不同，也都能很好地聯(lián)系本課內(nèi)容，但個人主張用單擺比較好。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，單擺受空氣阻力非常小，往復擺動幾次仍能十分接近“鼻子”。而“伽利略理想斜面”效果就相對差一些，小球第一次的往返已經(jīng)可以觀察到未到達原高度，根本原因是滾動摩擦遠比單擺所受空氣阻力的影響大。這種情況下，若硬性說成“機械能守恒”，本身是不科學的，自然起不到引導新課的作用。此外，還有一個被很多物理教師忽略的細節(jié)，那就是引課時要對實驗進行渲染，可以用語言也可以是肢體，力爭把學生帶入相應的物理情境中，讓他們真正參與到實驗中，感受物理現(xiàn)象給他們帶來的視覺沖擊，體會到現(xiàn)象背后蘊含某種科學道理，這樣的引課才是成功的。

關(guān)于動能與勢能相互轉(zhuǎn)化的實例很多，但教師在舉例時一定要注意三點：一是嚴密性，二是相互性，三是全面性。所謂嚴密性，是指所舉實例必須只有動能和勢能轉(zhuǎn)化，不能涉及其他能量參與。例如最熟悉的滑雪運動，說它是勢能轉(zhuǎn)化為動能，其實是不嚴密的，因為滑雪時人要借助雪仗加速或轉(zhuǎn)向，這樣就有外力對系統(tǒng)做功，動能與勢能的轉(zhuǎn)化不是等值的，并非我們所說的“守恒”。再如投出去的籃球，上升過程中動能轉(zhuǎn)化為勢能，也是不嚴密的，因為籃球存在自身轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動帶來的影響是不能忽略的。把不嚴密的實例呈現(xiàn)給學生，不利于教學，不利于學生理解“守恒”思想。要做到嚴密，就需要教師在選擇實例時慎重，不能把模棱兩可的物理現(xiàn)象帶進課堂。比較好的實例有自由落體運動、上拋運動、平拋運動。研究對象盡量是“質(zhì)點”，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)動情況。教師還應該突出強調(diào)“忽略空氣阻力”這一條件，每個實例都要強調(diào)?？梢?，嚴密不僅是實例本身的嚴密性，還要做到運動條件的嚴密性。相互性指的是不能只舉動能轉(zhuǎn)化為勢能的實例，也不能只舉勢能轉(zhuǎn)化為動能的實例。因為動能可以轉(zhuǎn)化為勢能，勢能也可以轉(zhuǎn)化為動能，“相互”轉(zhuǎn)化是它們之間轉(zhuǎn)化的“特點”，課堂上一定要凸顯出來，不要讓學生誤解為動能、勢能轉(zhuǎn)化具有方向性。實際教學中，可以多舉幾個實例，也可以細致分析上拋運動，把上升和下落兩個過程分開研究，自然就能夠體現(xiàn)出“相互性”。全面性指的是，不但要舉例說明重力勢能與動能可以相互轉(zhuǎn)化，還要舉出彈性勢能和動能相互轉(zhuǎn)化的實例。生活中接觸重力勢能較多，所以授課時也習慣列舉重力勢能與動能間的相互轉(zhuǎn)化，但勢能包括重力勢能和彈性勢能，不提及彈性勢能與動能間的相互轉(zhuǎn)化是不科學的、不完整的。學生對彈性勢能的理解本來就很困難，教學中若是再避而不談，只能使之難上加難。

在推導機械能守恒定律時，通常以小球沿光滑斜面自由向下滾動為例，取運動過程中兩個位置A和B，合外力所做的功W合=12mv22-12mv21，重力做功WG=mgh1-mgh2。由于只有重力做功，所以合外力的功等于重力的功，即12mv22-12mv21=mgh1-mgh2。通過移項可得：mgh1+12mv21=mgh2+12mv22，其物理意義為：小球在初位置A的機械能等于末位置B的機械能。但要注意的是，以上過程只能證明A、B兩點的機械能相等，不足以證明“守恒”。因為守恒的意義是物體在任意時刻、任意位置的機械能總量都保持不變，強調(diào)的是“任意性”，授課時應該把它作為教學重點進行講解，是不可忽略的細節(jié)問題，否則將會使學生產(chǎn)生機械能“守恒”就是物體過程的初末位置機械能“相等”的誤區(qū)。對此，我的教學策略是：把證明過程由斜面過渡到曲面，結(jié)合自由落體運動、平拋運動，對不同運動形式都強調(diào)“任意”位置和只有重力做功的前提下，均加以證明。因為學生有了一定基礎(chǔ)，完全理解了斜面上的推導過程，這種類別證明思想是可以接受的。

本課的另一個教學重點是機械能守恒條件，由于是新授課，只要把“只有重力或彈力做功”提煉出來即可。我在教學中選擇逐步滲透的方法，每一個實例分析、每一個證明過程都強調(diào)“只有重力做功”，直到最終得出機械能守恒條件為止，這種“潤物細無聲”的作用很有效，學生接受起來不唐突。高中階段彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)機械能守恒雖然涉及的少之又少，但絕對不能不提，否則守恒條件就不完整。我在課堂上和學生共同分析光滑水平面上小球壓縮輕質(zhì)彈簧的過程系統(tǒng)內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，學生便接受了“彈力做功”這個條件。

以上教學策略是基于我在工作中積累的經(jīng)驗所提出的，一切以學生易接受、學得會為主，注重教學的實效性，難免存在片面性和不足之處，望各位同仁指正。

（作者單位：吉林省松原市前郭爾羅斯蒙古族自治縣第五中學，吉林 松原138000）