能量教學(xué)中的常用方法

姚國良

摘? ? 要：能量問題是一類綜合性問題，存在于高中物理的每個環(huán)節(jié)，同時也能很好地聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，探索能量教學(xué)中的各種方法對于樹立學(xué)生科學(xué)的世界觀，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的意識意義重大。近幾年，能量相關(guān)的習(xí)題在各類考試中出現(xiàn)的頻率很高，形式也靈活、多變。下面就能量教學(xué)中常用的幾種方法進(jìn)行舉例分析，并進(jìn)行歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：能量問題;高中物理;對策

一、歸納法

基于一個運動模型進(jìn)行歸納，應(yīng)用得出的結(jié)論解決類似的問題。通過簡單的題目使學(xué)生掌握能量的概念及轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)行歸納理解，進(jìn)而達(dá)到較熟練掌握來解決復(fù)雜物理問題的目的。

例一：如圖所示，質(zhì)量為m的物體在水平傳送帶上由靜止釋放，傳送帶由電動機(jī)帶動，始終保持以速度v勻速運動，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ，物體過一會兒能保持與傳送帶相對靜止，在這一過程中電動機(jī)多消耗的電能是多少？

解析：我們可以把此題分解為下面幾個題目：

1、摩擦力對物體做的功為多少？

2、物體的動能增加多少？

3、傳送帶克服摩擦力做的功為多少？

4、電動機(jī)多消耗的電能是多少？

5、系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能是多少？

先引導(dǎo)學(xué)生得出：

1、摩擦力對物體做的功W=物體增加的動能Ek=μmgS1=? ?mv2（動能定理）

2、傳送帶克服摩擦力做的功μmgS2=2μmgS1=mv2

（傳送帶位移S2=VT，物體位移=? VT，S2=2S1）

3、由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能Q=μmg（S2-S1）=μmgS1=? mv2

由功能關(guān)系得出：

多消耗電能E等于傳送帶克服摩擦力做的功2μmgS1=mv2

也可以根據(jù)能量守恒定律得出：多消耗電能E=Q+Ek=mv2

在此基礎(chǔ)上歸納出結(jié)論：

1、v0=0，2、水平傳送帶足夠長的條件下：

Ek=Q=E/2，即物塊獲得多少動能系統(tǒng)就會產(chǎn)生多少內(nèi)能。然后利用該結(jié)論來進(jìn)一步解決一些較難的能量問題。

二、類比法

將一些較復(fù)雜的模型類比成常見的簡單模型，進(jìn)而解決問題。

例二：起跳摸高是學(xué)生經(jīng)常進(jìn)行的一項體育活動.一質(zhì)量為m的同學(xué)彎曲兩腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，從該同學(xué)用力蹬地到剛離開地面的起跳過程中，他的重心上升了h，離地時他的速度大小為v.試分析，該過程中人的機(jī)械能從何而來？

解析：關(guān)于此類問題很多學(xué)生會錯誤的認(rèn)為人獲得的機(jī)械能是地面對人做的功而來的。根據(jù)做功的定義可知因為沒有位移，所以地面對人沒有做功。但很多學(xué)生把會把人的重心移動的距離，看成力作用在物體（腳底）上移動的距離，而這顯然是違反了功的定義。人所獲得的機(jī)械能實際上是從人的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來的。這就如一端帶小球的輕彈簧豎直放在地面上，用手把彈簧壓縮一段距離使彈簧獲得彈性勢能，即類比人具有的化學(xué)能。放開手后彈簧彈力做功把彈性勢能轉(zhuǎn)化為小球的機(jī)械能，類比為肌肉間作用力做功把人的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人的機(jī)械能。由于學(xué)生對彈性勢能轉(zhuǎn)化為小球機(jī)械能的問題較熟悉，通過這樣的類比方法，就使學(xué)生較容易理解人的化學(xué)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，使類比法成為學(xué)生解決能量問題的一種重要思維方式。

三、等效法

在有些物理問題中，分析對象通常不是一個簡單的質(zhì)點，在分析中，研究對象的選擇會給學(xué)生帶來很大困擾。因此，采用等效法的來解決此類問題也不失為一種良策。

例三：如圖所示，露天娛樂場空中列車是由許多節(jié)完全相同的車廂組成，列車沿光滑水平軌道行駛，然后滑上一固定的半徑為R的空中圓形光滑軌道若列車長為L（L>2πR），R遠(yuǎn)大于一節(jié)車廂的長度和高度那么列車在運行到圓形光滑軌道前的速度至少要多大才能使整個列車安全通過固定的圓形軌道？

解析：整個列車能安全通過固定的圓形軌道， 由重力提供向心力，可求列車在最高點的最小速度V（或動能? mv2）。根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，此時列車應(yīng)有最大重力勢能，所以此題的關(guān)鍵是怎樣求出列車的最大重力勢能。此時可用等效法來幫助學(xué)生理解：當(dāng)圓軌道未被列車全部占滿時，列車的重力勢能還沒有達(dá)到最大，只有當(dāng)列車全部占滿圓軌道時，列車具有最大的重力勢能。將環(huán)繞在圓形軌道上的列車等效成一段質(zhì)量分布均勻的圓環(huán)，這個圓環(huán)的重心正好在圓形軌道中心，選取地面為零勢能面，此時圓環(huán)的重力勢能為EP=2πR2mg/L，此時列車的機(jī)械能才是列車安全通過固定的圓形軌道所需的最小機(jī)械能，然后根據(jù)機(jī)械能守恒定律求出列車的最小初速度。

解決能量問題的途徑還有很多，以上的幾個案例只是解決能量問題的部分方法，沒有哪種方法能萬能的，關(guān)鍵是要弄清做功和能量的轉(zhuǎn)化過程。教學(xué)是一個長期的過程，有待于我們積極改進(jìn)，不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]占亞保.高中物理“傳送帶問題”的教學(xué)策略與方法.教育與教學(xué)研究.2013

[2]張德新;王虹.確立研究對象 分析多耗能量.學(xué)周刊.2018

本文系2018年莆田市教師進(jìn)修學(xué)院教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度立項課題《基于核心素養(yǎng)下的能量教學(xué)研究》（申報標(biāo)號214）的研究成果之一。