突破“機械能守恒定律”教學難點的策略

楊炎坤

【摘 要】本文針對機械能守恒定律這一高中物理學習中的重點與難點，闡述通過情景導入、演示實驗、小組討論、拓展延伸突破教學的重點與難點的策略，以期有效地提高學生的學習效率，深刻理解與吸收課堂知識。

【關鍵詞】高中物理 機械能守恒 演示實驗 合作探究

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）06B-0132-02

機械能守恒定律是高中物理學習中的重點與難點，這一定律有著非常廣泛的應用，是學生考試中的必考考點。因此教師應當有重點、有效率地開展教學，引導學生熟練地掌握并運用這部分知識。本文以高中物理機械能守恒定律的教學為對象，提出幾點教學建議。

一、情境導入，激發興趣

情境教學法是一種教師有目的性地引入或創設具有一定感情色彩、以形象為主體的生動具體場景的方法，能夠有效地激發學生的學習興趣，活躍課堂氣氛。教師在機械能守恒定律這部分知識教學中，可以創設合適的情景進行新課導入，以喚起學生的求知欲。

筆者在機械能守恒定律教學中，首先向學生提問：“大家有沒有蕩過秋千呢？有沒有玩過過山車呢？”通過這樣的提問，充分調動學生的情緒，大家都熱烈地響應問題，并且分享自己的體驗，課堂氣氛非常活躍。接下來筆者向學生展示蕩秋千、過山車的視頻，并向學生提問道：“為什么蕩秋千的人與玩過山車的人到達最高點后，雖然沒有給力，讓它自由擺動，可是它卻又能再次到達最高點，這是為什么呢？”學生開始思考與討論這一問題。筆者將上述的運動過程簡化為單擺模型，引導學生進行物理分析。大部分同學雖然經過思考與計算后，得到結果，但并沒有得出明確的答案。有少數預習過教材的同學回答是因為機械能守恒。這時候筆者緊接著說道：“沒錯，這一現象能用我們將要學習的機械能守恒定律來解答，現在我們來進行新課學習——機械能守恒定律。”在此筆者并沒有直接將答案告訴學生，而是選擇等學生學習完機械能守恒定律后再次回顧這一問題。這樣更加能夠有效地激發學生的好奇心與求知欲，使學生帶著問題去聽課，提高學習的效率。

在上述教學活動中，筆者利用學生熟悉的生活場景導入新課，促進學生產生了探究學習的熱情與濃厚興趣，為后續教學活動的高效進行打下伏筆。

二、演示實驗，合作探究

物理是一門以實驗為基礎的學科，通過開展物理實驗，能夠有效加深學生的理解與記憶，更好地吸收物理知識。在機械能守恒的教學中，開展物理實驗是有力的教學手段之一，教師應當好好地加以利用，從而提高課堂教學質量。

在課堂上，教師導入新課后就可以直接進行機械能守恒的演示實驗。筆者用細線的一端綁住一個小鋼球，將細線的另一端固定在黑板的上部，手拿住小鋼球把細線拉直，將小鋼球拉到一定高度的 A 點，然后釋放小鋼球，使其在黑板上的同一平面內來回擺動。通過觀察實驗現象，學生可以發現，小鋼球總是能擺動到與 A 點等高的一點 B。如果在黑板某點固定一個障礙物擋住細線，小鋼球的運動軌跡就發生變化，可是仍能擺動到與 A 等高的點 C 處。進行演示實驗后，筆者向學生提問道：“在實驗中，小鋼球受什么力呢？這些力做功情況如何呢？這一過程中能量發生怎樣的轉化呢？”然后與學生共同探究這些問題，最終得出結論。在實驗中，小球受到了重力與拉力的作用，但只有重力做功，拉力不做功；當小球上擺時重力做負功，動能轉化為重力勢能；當小球下擺時，重力做正功，重力勢能轉化為動能。小球從最高點到最低點的來回運動過程中，動能與重力勢能相互轉化，而小球最后總是能回到相同的高度，說明重力勢能與動能的和不變，機械能守恒。然后筆者與學生進行定量分析，小球從 A 點到 B 點，應用動能定理，而 ，因此可以得到 ，移項可以得到 ，即 EA=EB，機械能守恒。

在上述教學活動中，筆者通過演示實驗，引導學生對實驗現象進行定性分析與定量分析，從而發現機械能守恒的規律，加深學生的記憶和理解，取得了良好的教學效果。

三、小組討論，分析歸納

建構主義理論強調要培養學生的探究與創新能力，引導學生學會自主學習，充分發揮學生的主體作用。由此可見，教師應當引導學生自主去探索知識，通過小組討論等形式，使學生主動構建知識，提高自身物理素養。

比如，完成上述演示實驗后，分析認為小鋼球在運動過程中只受到重力和細線的拉力的作用，事實是不是這樣呢？其實不然，小鋼球在運動過程中還受到空氣阻力的作用，只是這個空氣阻力與重力和細線拉力相比，太小太小，可以忽略不計，所以可以認為小鋼球在運動過程中沒有空氣阻力。在沒有空氣阻力作用這個條件下，通過推導得出機械能守恒定律。為了加深學生對機械能守恒的條件的認識，筆者提出問題讓學生進行小組討論。筆者對學生說：“假如考慮空氣阻力的影響，那么小球從靜止到下落的過程中，機械能是否守恒呢？”提出問題后學生開始進行思考、分析與小組討論。借鑒上述演示實驗定量分析的推導方法，學生得出了如下的計算過程：小球從 A 點下落到 B 點，根據動能定理得到，移項得到即 E2=E1+Wf，由于 E2-E1=Wf，顯然機械能并不守恒。學生通過自己探究，得出了正確的答案。筆者緊接著提問道：“如果想要機械能守恒，需要滿足什么條件呢？”學生開始歸納機械能守恒的條件，在筆者的引導、提示與大家的激烈討論下，學生得出了物體只有在重力做功的情況下才滿足機械能守恒，當存在空氣阻力、摩擦力這樣的外力對物體做功時是不滿足機械能守恒的條件的。

在上述教學活動中，筆者并沒有直接灌輸給學生機械能守恒需要滿足的條件，而是讓學生合作探究，主動去獲取知識，積極地發揮學生的主體地位，高效地完成了教學目標，提高了學生的物理思維能力。

四、拓展延伸，鞏固提升

對知識進行拓展延伸是教學中一項非常重要的環節。通過拓展延伸，引導學生運用所學知識解決綜合問題，能夠有效地加深學生對知識的掌握程度，提升綜合素養，鞏固知識，提升能力。

筆者講解完機械能能守恒的相關內容后，首先對知識進行了梳理、歸納與總結，使學生形成一個完整的知識體系。接下來筆者進行知識拓展延伸，首先，引導學生對小球與彈簧組成的系統進行分析，得到了“物體在只受彈力做功的情況下機械能守恒”這一結論。然后讓學生進行相關習題的練習。如：

水平地面上有一個質量為 1 mg 的物體固定在一個彈性系數為 100 N/m 的壓縮輕質彈簧的一端，彈簧為原長，彈簧另一端固定在墻上。將小球向墻的方向移動 6 m，彈簧為壓縮狀態，放開彈簧后，彈簧恢復原長后的速度為多大？

學生運用機械能守恒定律對這一問題進行分析與計算。大部分同學得出了正確的答案：壓縮后的彈性勢能，當彈簧恢復為原長時，彈性勢能變為 0，所有的彈性勢能轉化為小球的動能，所以，解得小球速度 v 為 60 m/s。與此同時，筆者發現學生在解題中容易出現的錯誤，比如學生容易忽略零勢能面的選取，沒有選擇同一的勢能零點等，筆者對這些易錯處進行了強調與針對性地練習學生。通過進行相關習題的訓練，學生進一步深化了對機械能守恒定律的理解與應用。

在上述教學活動中，筆者通過對知識進行拓展延伸，加強了學生對機械能守恒定律守恒的理解和掌握，學生也對機械能守恒的條件有了一個更加全面而深刻的認識，達到了教學目的。

通過情景導入、演示實驗、小組討論、拓展延伸等教學策略，能夠突破教學的重點與難點，有效地提高學生的學習效率，使學生深刻理解與吸收課堂知識。總之，教師在教學中應當不斷摸索與嘗試好的教學模式與方法，不斷提升學生的物理思維能力。

（責編 盧建龍）