對人教版普通高中《物理》必修2中“動能”教學(xué)的探討

現(xiàn)行的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修2中，在第七章第6節(jié)安排實驗“探究功和速度變化的關(guān)系”，通過實驗探究，得到“對靜止物體的功和物體速度二次方成正比”的關(guān)系，從而推知物體的動能可能包含“速度平方”這個因子，而沒有得到動能與質(zhì)量和速度的定量關(guān)系。在教學(xué)實踐中，筆者認(rèn)為教材中的實驗探究內(nèi)容值得進(jìn)一步探討，在這里提出來供同行們參考。

一、明確探究性教學(xué)的基本要求 

第一，通過演示或?qū)嵗寣W(xué)生了解物體的動能跟物體的質(zhì)量和速度都有關(guān)系。第二，依據(jù)功能關(guān)系對動能跟質(zhì)量和速度的關(guān)系進(jìn)行理論探究和實驗探究。第三，在設(shè)計實驗進(jìn)行探究的過程中，引導(dǎo)學(xué)生明確探究目標(biāo)，設(shè)計實驗裝置和實驗步驟，記錄和分析實驗數(shù)據(jù)，盡可能地得到動能跟質(zhì)量和速度的定量關(guān)系。第四，實驗探究和理論探究相結(jié)合，充分體現(xiàn)物理學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

二、對教材中這部分教學(xué)內(nèi)容的商榷

教材中第6節(jié)課題為“探究功與速度變化的關(guān)系”，而不是探究動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系，給出的兩個參考案例的探究結(jié)果只能推知動能可能包含“速度二次方”這個因子，這樣就不能從本質(zhì)上揭示動能與質(zhì)量和速度的定量關(guān)系。另外，參考案例一由于認(rèn)為繩對小車的拉力等于小車的重量，會帶來一定的系統(tǒng)誤差；參考案例二中很難做到每個橡皮條做的功都相同，也會給探究實驗的數(shù)據(jù)分析帶來一定的困難。如果從功能關(guān)系出發(fā)，利用課本上的兩個參考案例的實驗裝置，根據(jù)力對靜止物體的功等于物體獲得的動能探究計算，可以直接探究動能跟質(zhì)量和速度的關(guān)系。

三、對課本上兩個參考案例探究目標(biāo)的改進(jìn)

首先，單位制上探究動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系，根據(jù)功能關(guān)系，功和能的單位都為焦耳，即“1J=1N#8226;m=1kg#8226;m/s2#8226;ｍ＝1kg#8226;(m/s)２”，從而推知動能中可能包括質(zhì)量和速度平方的因子，然后再由實驗進(jìn)行探究。

對參考案例一，平衡小車所受的摩擦力，將小車和重物作為一個運動系統(tǒng)，探究重物下落過程中對系統(tǒng)做的功跟系統(tǒng)質(zhì)量和速度的定量關(guān)系。實驗時，測出小車的質(zhì)量Ｍ和重物的質(zhì)量ｍ，打下的紙帶上的一系列計數(shù)點對應(yīng)下落高度和速度（如表1），算出重力的功ｍgh，分析(M+m)和ｖ２滿足怎樣的關(guān)系才能表示系統(tǒng)的動能（如表2）。

對參考案例二，實驗是通過改變橡皮條根數(shù)，對小車的功依次為W、2W、3W……，探索功和速度的關(guān)系，從而得出“功和速度的二次方成正比”的結(jié)論。在實驗中，由于很難做到每根橡皮條的功都相同，給實驗帶來較大的系統(tǒng)誤差，增大了探究過程的難度。為定量探究動能跟質(zhì)量和速度的關(guān)系，實驗中只使用一根橡皮條，每次實驗使橡皮的伸長量都相同，在拉力做功的條件下，改變小車的質(zhì)量，分別探究小車質(zhì)量m和速度v滿足怎樣的關(guān)系，才能使m、v組成的關(guān)系式的值都相等。在探究中發(fā)現(xiàn)，改變小車的質(zhì)量m，對小車做的功相同時，總有m和v的二次方的乘積相等。進(jìn)而得到動能的表達(dá)式中包含質(zhì)量和速度的二次方的因子。

四、在理論探究中提高學(xué)生的知識運用和邏輯推理能力

新課程教學(xué)理念要求我們把學(xué)習(xí)的過程和方法放在非常重要的地位，將知識的學(xué)習(xí)寓探究和發(fā)現(xiàn)的過程之中。除實驗探究外，運用已有的知識，通過縝密的推導(dǎo)，得到新的知識或理論也是常用的學(xué)習(xí)和研究的方法。在探究動能跟質(zhì)量和速度的關(guān)系以及動能定理的教學(xué)過程中，以“功能關(guān)系”為主線，對靜止在水平面上的物體用水平拉力做功，結(jié)合牛頓第二定律和速度位移公式，導(dǎo)出力對物體的功等于物體獲得的動能，建立“動能等于物體的質(zhì)量和速度二次方乘積的一半”的概念，這樣的推導(dǎo)過程，思路清晰，邏輯嚴(yán)密，易于學(xué)生理解，有較好的教學(xué)效果。如果在教學(xué)內(nèi)容安排上，先進(jìn)行動能概念的理論探究，再設(shè)計合理的實驗驗證，就避免了復(fù)雜的實驗探究過程，降低了教學(xué)難度。

根據(jù)多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，筆者認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容的安排，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)靈活設(shè)計，發(fā)揮教師駕馭教材的能力，用科學(xué)的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中去發(fā)現(xiàn)問題，處理問題，解決問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)情感，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(責(zé)任編輯 黃春香）