淺談《機械能守恒定律》的教學策略

楊春華

摘要：《機械能守恒定律》是高中物理課程中的經典課程，經典之處在于：動能與勢能的相互轉化實例分析、理論推導機械能守恒定律、總結機械能守恒條件和應用機械能守恒定律解決實際問題。但在實際教學中發現，學生對定律的理解和應用往往并未達到預期效果。這說明教師的教學還是有所欠缺的。本文結合筆者多年的一線教學經驗，談談《機械能守恒定律》這節課運用的一些教學策略。

關鍵詞：物理教學;機械能守恒定律;教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）23-042

對于新課的引入，多數教師用單擺“碰鼻”實驗或者“伽利略理想斜面”裝置，兩者物理原理相同，只是形式不同，也都能很好地聯系本課內容，但個人主張用單擺比較好。經過多次實驗發現，單擺受空氣阻力非常小，往復擺動幾次仍能十分接近“鼻子”。而“伽利略理想斜面”效果就相對差一些，小球第一次的往返已經可以觀察到未到達原高度，根本原因是滾動摩擦遠比單擺所受空氣阻力的影響大。這種情況下，若硬性說成“機械能守恒”，本身是不科學的，自然起不到引導新課的作用。此外，還有一個被很多物理教師忽略的細節，那就是引課時要對實驗進行渲染，可以用語言也可以是肢體，力爭把學生帶入相應的物理情境中，讓他們真正參與到實驗中，感受物理現象給他們帶來的視覺沖擊，體會到現象背后蘊含某種科學道理，這樣的引課才是成功的。

關于動能與勢能相互轉化的實例很多，但教師在舉例時一定要注意三點：一是嚴密性，二是相互性，三是全面性。所謂嚴密性，是指所舉實例必須只有動能和勢能轉化，不能涉及其他能量參與。例如最熟悉的滑雪運動，說它是勢能轉化為動能，其實是不嚴密的，因為滑雪時人要借助雪仗加速或轉向，這樣就有外力對系統做功，動能與勢能的轉化不是等值的，并非我們所說的“守恒”。再如投出去的籃球，上升過程中動能轉化為勢能，也是不嚴密的，因為籃球存在自身轉動，轉動帶來的影響是不能忽略的。把不嚴密的實例呈現給學生，不利于教學，不利于學生理解“守恒”思想。要做到嚴密，就需要教師在選擇實例時慎重，不能把模棱兩可的物理現象帶進課堂。比較好的實例有自由落體運動、上拋運動、平拋運動。研究對象盡量是“質點”，避免出現轉動情況。教師還應該突出強調“忽略空氣阻力”這一條件，每個實例都要強調?？梢?，嚴密不僅是實例本身的嚴密性，還要做到運動條件的嚴密性。相互性指的是不能只舉動能轉化為勢能的實例，也不能只舉勢能轉化為動能的實例。因為動能可以轉化為勢能，勢能也可以轉化為動能，“相互”轉化是它們之間轉化的“特點”，課堂上一定要凸顯出來，不要讓學生誤解為動能、勢能轉化具有方向性。實際教學中，可以多舉幾個實例，也可以細致分析上拋運動，把上升和下落兩個過程分開研究，自然就能夠體現出“相互性”。全面性指的是，不但要舉例說明重力勢能與動能可以相互轉化，還要舉出彈性勢能和動能相互轉化的實例。生活中接觸重力勢能較多，所以授課時也習慣列舉重力勢能與動能間的相互轉化，但勢能包括重力勢能和彈性勢能，不提及彈性勢能與動能間的相互轉化是不科學的、不完整的。學生對彈性勢能的理解本來就很困難，教學中若是再避而不談，只能使之難上加難。

在推導機械能守恒定律時，通常以小球沿光滑斜面自由向下滾動為例，取運動過程中兩個位置A和B，合外力所做的功W合=12mv22-12mv21，重力做功WG=mgh1-mgh2。由于只有重力做功，所以合外力的功等于重力的功，即12mv22-12mv21=mgh1-mgh2。通過移項可得：mgh1+12mv21=mgh2+12mv22，其物理意義為：小球在初位置A的機械能等于末位置B的機械能。但要注意的是，以上過程只能證明A、B兩點的機械能相等，不足以證明“守恒”。因為守恒的意義是物體在任意時刻、任意位置的機械能總量都保持不變，強調的是“任意性”，授課時應該把它作為教學重點進行講解，是不可忽略的細節問題，否則將會使學生產生機械能“守恒”就是物體過程的初末位置機械能“相等”的誤區。對此，我的教學策略是：把證明過程由斜面過渡到曲面，結合自由落體運動、平拋運動，對不同運動形式都強調“任意”位置和只有重力做功的前提下，均加以證明。因為學生有了一定基礎，完全理解了斜面上的推導過程，這種類別證明思想是可以接受的。

本課的另一個教學重點是機械能守恒條件，由于是新授課，只要把“只有重力或彈力做功”提煉出來即可。我在教學中選擇逐步滲透的方法，每一個實例分析、每一個證明過程都強調“只有重力做功”，直到最終得出機械能守恒條件為止，這種“潤物細無聲”的作用很有效，學生接受起來不唐突。高中階段彈力做功的系統內機械能守恒雖然涉及的少之又少，但絕對不能不提，否則守恒條件就不完整。我在課堂上和學生共同分析光滑水平面上小球壓縮輕質彈簧的過程系統內能量轉化關系，學生便接受了“彈力做功”這個條件。

以上教學策略是基于我在工作中積累的經驗所提出的，一切以學生易接受、學得會為主，注重教學的實效性，難免存在片面性和不足之處，望各位同仁指正。

（作者單位：吉林省松原市前郭爾羅斯蒙古族自治縣第五中學，吉林 松原138000）