淺談“能量轉化和守恒定律”思想在高中物理教學中的意義

賈代枝

【摘要】能量的轉化和守恒是自然科學的核心內容之一，它從更深層次上反映了物質運動和相互作用的本質。它不僅是物理學最重要最基本的理論，還廣泛滲透在各門學科中。在中學物理中，此定律對于學生樹立科學的世界觀，聯系生活生產實際，形成可持續發展的意識有著十分重要的作用。

【關鍵詞】能量 守恒定律 思維

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）06-0158-02

一、樹立能量轉換和守恒定律“能量”的思想能幫助學生研究解決很多物理問題

這一定律它揭示了有“能量”這樣一個量，在孤立系統內經過一系列變化后保持不變，因此在孤立系統內經過一系列變化后的能量和最初的能量必定相等。在某些情況下，我們就有可能根據它預言系統的終態，而不必顧及中間復雜曲折的過程和步驟，這從實際應用、解決實際問題的目的來說顯然是十分重要。在諸多物理習題中，往往一個題目涉及多個物理過程。假如我們按照一個個物理過程列方程來解題很復雜，但若用能量轉換的守恒定律來解題，則可以不考慮或少考慮具體物理過程，只需知道始末態情況，就可以簡便獲得所求的解，現舉例說明其優越性。

例1：在距沙坑高H處自由釋放一個質量為m的小球，不計空氣阻力，小球落入沙坑中深h，則小球在沙坑中受到的平均阻力為多少？

解法一：F-mg=ma ①

a=v2/2h ②

v2=2gh ③

由以上三個式子可得：F=mg（H+h）/h

解法二：由動能定理得：mg（H+h）-Fh=0

兩種方法對比“能量轉化”的思想優越性顯而易見。

例2：一帶電油滴在勻強電場E中的運動軌跡如圖所示，電場方向豎直向下。若不計空氣阻力，則此帶電油滴從a運動到b的過程中，能量變化情況為（ ）

A. 動能增大B. 電勢能增加C. 動能和電勢能總和減少D. 重力勢能和電勢能之和增加

如果用動力學與運動學結合解此題，要復雜得多。用能量轉化和守恒定律來解題，不僅簡單，還能開拓學生思路，提高其分析問題的能力。油滴從a運動到b的過程中重力勢能增加，動能增加，電勢能減少，如果從“能量轉化和守恒”思想來考慮，學生會輕而易舉的得出動能和電勢能的總和肯定的減少，因為電勢能增加；同理重力勢能和電勢能之和也必須減少，因為動能增加了。

二、能量轉化和守恒定律的思想鍛煉了學生的思維能力

對于學生，此定律在日常生活的某一具體事件中并不多見，只能從較為宏觀的角度作大致說明。例如分析“從地球吸收太陽光開始，討論發生在地球上的許多能量轉化現象”這一類問題，學生聯想思維的空間會向各個方向發散，使學生處于積極探索狀態，發展了學生的探究能力，教學中要有意識強化這一觀念，舉例說明：

例3，“用細繩拴住一個小球，繩的一端固定，使小球在光滑的平面上做勻速圓周運動”，試分析此物理過程機械能是否守恒？

如果只簡單地依據機械能的總量是否改變來回答判斷機械能是否守恒，雖然是不恰當的。學生通過學習機械能守恒定律發現，從受力情況看，小球是符合機械能守恒條件的，但是，受力情況只是物體機械能守恒的必要條件，如果沒有動能與勢能的轉化，既沒有力的做功這個充分條件是不行的，沒有這個充分條件談不上機械能守恒。所以引導學生思維進一步拓展，學生就會發現守恒定律中“守恒”二字的含義不是簡單的“不變”，而應當是：①要有變化，即動能勢能相互轉化。②要有機械能總量的恒定不變。沒有變化，就無“守”字可談；沒有總量的不變，就沒有“恒”字可講。“守恒”的含義應當是在變化中保存著恒定，在恒定中進行著變化。通過這樣的分析，學生的思維發生了質的飛躍，發現了“機械能是否守恒”和“機械能總量是否不變”的區別，從而使他們思維上升到理論水平，明白機械能守恒定律成了條件（1）物體必須在保守力作用下，（2）必須有動能、勢能的相互轉化。只有滿足這兩個條件，才可以繼續考察機械能總量是否恒定，做出機械能是否守恒的結論。這樣分析，學生實現了思維的多向性與聚合性的辯證統一。

三、能量轉化和守恒定律使學生更廣泛地認識其他問題

比如能源的損耗問題、環保問題、效率問題等等，學生會關系諸如“怎樣提供煤氣灶熱效率”“新能源開發成本”等許多實際問題，認識到能量轉化的方向性，增強節約能源意識，關心和科學地認識核能的開發和利用等等，培養他們可持續發展的意識，把將科學服務于類作為自己的使命與責任，增強社會責任感，實現對學生德育教育的良性發展。

總之，“能量”是學物理學習的一條主線，而能量轉化和守恒定律的觀念很重要，要根植在學生心田，使學生用“STS”理念去細心學習體會，全面提高學生自身素質。