新課程背景下能量問題的探討

鄭洪均

摘 要：能量問題的教與學是高中物理中的一個重難點，對高中能量問題的教與學現狀入手，抓本質，分析規律。提出利用動能定理與機械能守恒定律結合，創新的開辟使用能量守恒的方法進行教與學。通過結合分析物體的受力情況，列出物體初末狀態機械能。中間除重力外的其他力做功即為物體的機械能變化量的原因所在。讓學生理解機械能變化的原因，能量轉化到哪里去。將抽象的概念轉化為直觀、明朗的能量關系。從現象到本質的方法，也是高中物理分析題目，構建解題思路的重要方法途徑之一。通過實際授課，發現確實能夠使學生更容易理解能量間的相互轉化，更好地掌握能量規律，更好地運用能量守恒方法求解出題目。

關鍵詞：能量；轉化；守恒；動能定理；機械能

能量的轉化與守恒是高中物理必須掌握的主干知識，是高考的考點和熱點，考查重點不停留于基本概念的理解，而是重在知識的應用和分析解決物理問題，在整個高中物理中所占地位非同一般。高中物理教學中如何指導學生通過能量方法來構建物理知識框架模型，應用能量守恒的方法使題目化繁為簡，使學生更直觀明了地掌握物理知識間的聯系是個難題。新課程背景下，在高中物理教學中科學、高效地指導學生掌握能量規律與方法，對于提高學生的認知水平，分析問題、構建物理模型解決問題的能力有著重要意義。

一、解剖現狀，熟悉功能關系

學生對高中所學的能量基礎知識掌握不夠全面，能量間的轉化關系不清楚，無法構建準確的能量知識框架，是新課程背景下教學中的突出問題。

1.充分了解功和能之間的關系

不同形式的能量之間的轉化是通過做功實現的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉化（或轉移）的過程。且做了多少功，就有多少能量發生轉化（或轉移）。因此，功是能量轉化的量度。其中，恒力做功可用W=FScosα求解，變力做功通過能量轉變關系來求解。

2.了解能量的基本規律和定理

動能定理指合外力所做的功等于物體動能的改變。表達式：W合=EK2-EK1，其中W合=W1+W2+W3+…或W合=F合Scosα。EK2其中表示物體的末動能，EK1表示物體的初動能。

動能定理的特點：動能定理適用于宏觀低速的各種運動情況。機械能守恒定律是指在只有重力做功情況下，物體的動能與重力勢能和彈性勢能都可以發生相互轉化，但機械能總量不變。那就意味著除了重力外其他力做功，物體的機械能將不守恒。那么，增加或減小的機械能即為除重力外的其他力做功的總量。

3.深刻理解定理和定律的內涵

動能定理中涉及各個力做功情況，但不涉及勢能，尤其是題目有阻力做功，同時又給出重力勢能多少時，就無法直接使用動能定理列方程式。必須通過重力做功與重力勢能轉化關系來判斷重力做功多少，過程中做功與勢能關系學生很容易判斷出錯。動能定理的使用，僅規定合外力做功與動能的關系，沒有直觀地闡釋物體動能與勢能轉化之間的關系。

機械能守恒定律中，形象地闡釋了動能與勢能之間的轉化關系。學生理解掌握相對比較容易。但機械能守恒的條件要求只有重力或彈力做功時才能守恒，一旦出現有阻力做功時，就無法使用機械能守恒定律，存在明顯的不足。

動能定理與機械能守恒定律兩種方法有各自的優點，也有各自的不足與局限性，在教學過程中，如何形象地使學生了解能量間的轉化關系，指導學生綜合利用能量方法來列方程式求解，對教師提出了較高的要求。

二、深度剖析，提取能量精粹

1.能量轉化的幾種常見類型

除重力外只有彈簧彈力做功，物體機械能與彈簧彈性勢能相互轉化。除重力外，如果只有滑動摩擦力做功，做正功時物體機械能增加，摩擦力做負功時，機械能減少。除重力外只有電場力對宏觀物體做正功，物體機械能增加，負功時，機械能減少。除重力外，只有安培力做正功時機械能增加，負功時，機械能減少，等等多種力做功導致的機械能改變。物體機械能發生改變的量度等于除重力外的其他力做功的多少。單個物體機械能發生改變，但是整個系統能量是守恒的，滿足能量守恒定律。

2.抓住本質，創新解題方法

根據能量守恒定律，能量不會憑空產生也不會憑空消失。如果除重力外其他力不做功或做功之和為零，則初狀態的機械能將會等于末狀態的機械能；若除重力外其他力做正功，則外界給物體轉移或轉化入能量，機械能增加；若除重力外其他力做負功，物體的能量損失，則物體的機械能就會減少。重力以外的其他力所做的功是機械能改變的量度。能量守恒定律關系是：初狀態機械能+WG外=末狀態機械能，其中初狀態機械能為初狀態的動能與重力勢能之和，WG外為除重力外的其他力做功之和，末狀態機械能為末狀態的動能與重力勢能之和。

能量守恒定律示意圖如圖所示：

討論帶電粒子在電場中運動的能量守恒問題，只需將初、末狀態的能量加入電勢能即可。電勢能變化等于電場力做功，由于一般微觀帶電粒子不考慮重力，可以去掉重力勢能。

三、分析典例，實現舉一反三

如下圖所示，水平地面光滑，固定的傾斜角為θ的粗糙斜面頂端裝有一個輕彈簧，地面上質量為m的物體以速率υ向左滑行并沖上斜面，壓縮彈簧至B點時彈簧最短，B點離地面的高度為h，物體與斜面間的動摩擦因數為μ，求彈簧壓縮至B點時的彈性勢能EP。

綜上所述，從能量基礎知識的構建，到揭示能量本質規律，再到綜合分析提高應用能力，有意識引導學生在新課程背景下通過能量守恒角度分析問題、處理問題，不僅能比較直觀、簡便，更能使學生從理解的基礎上更高層次來把握物理規律，開闊思路，切實提高分析問題和解決問題的能力，從而提升教與學的效果。

參考文獻：

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