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        “機(jī)械能守恒定律”教改嘗試

        2012-01-23 04:51:54徐海鵬
        物理通報(bào) 2012年6期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械能守恒定律重力勢(shì)能機(jī)械能

        徐海鵬

        (臨夏回民中學(xué) 甘肅 臨夏 731100)

        在人教版《物理·必修2》的教材中,“機(jī)械能守恒定律”是第七章第8節(jié),而“實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”是第七章第9節(jié),即教材這樣安排的主要意圖是讓學(xué)生先學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律,然后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.

        然而筆者認(rèn)為,如果把教材內(nèi)容略做調(diào)整,則更容易體現(xiàn)“鼓勵(lì)學(xué)生大膽參與科學(xué)研究,希望學(xué)生積極動(dòng)手、動(dòng)腦,通過(guò)自主的探究活動(dòng),學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律”的新課標(biāo)教學(xué)理念.

        下面是筆者在反思多年課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上,以新課標(biāo)理念為指導(dǎo),對(duì)“機(jī)械能守恒定律”的課堂教學(xué)進(jìn)行的教改嘗試.目的是希望學(xué)生對(duì)高中物理的核心知識(shí)點(diǎn),能做到好學(xué)、樂(lè)學(xué),從而最終實(shí)現(xiàn)高中物理新課程三維目標(biāo).

        1 教學(xué)設(shè)想

        把驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)“實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”轉(zhuǎn)化為探究實(shí)驗(yàn)“探究自由落體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能與重力勢(shì)能的關(guān)系”,并把此實(shí)驗(yàn)課融合到“機(jī)械能守恒定律”的課堂教學(xué)中.采用探究式教學(xué)法,通過(guò)讓學(xué)生參與課堂實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案來(lái)解決物理問(wèn)題,這樣既體現(xiàn)了學(xué)生在課堂中的主體參與性和創(chuàng)造性,又使他們?cè)跐撘颇袑W(xué)習(xí)到物理知識(shí),更重要的是了解了物理學(xué)的研究方法.

        2 教學(xué)過(guò)程

        2.1 對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能與重力勢(shì)能關(guān)系的探究

        (1)復(fù)習(xí)已學(xué)知識(shí),做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        通過(guò)復(fù)習(xí)動(dòng)能、重力勢(shì)能的概念,引導(dǎo)學(xué)生注意物體自由下落過(guò)程中動(dòng)能、重力勢(shì)能的確定方法.

        提問(wèn):由觀察可知物體自由下落時(shí),其動(dòng)能增加,重力勢(shì)能減少,那自由下落中物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能之間有什么樣的定量關(guān)系?如何找到這個(gè)關(guān)系?

        (2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,明確操作步驟

        讓學(xué)生發(fā)揮聰明才智,根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材畫出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖,設(shè)計(jì)出他們認(rèn)為最合理、最可行的實(shí)驗(yàn)方案,并在小組內(nèi)交流討論,確定出小組成員集體認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)方案.

        教師可選擇出一些有代表性的實(shí)驗(yàn)方案,并讓方案的設(shè)計(jì)者通過(guò)投影儀講解其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及具體數(shù)據(jù)處理方法.

        方案一:將重物連接紙帶并通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,重物下落后在紙帶上打出一系列點(diǎn).研究紙帶,即可得到物體在每個(gè)位置的動(dòng)能和重力勢(shì)能,列成表格,并觀察表格中的數(shù)據(jù)規(guī)律.

        方案二:通過(guò)打點(diǎn)紙帶研究重物在下落過(guò)程中任意兩個(gè)位置間動(dòng)能的變化量及重力勢(shì)能的變化量,并確定它們的關(guān)系.

        (3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),處理數(shù)據(jù)

        按照不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn).在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題或是操作上遇到的困難,教師首先要鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)交流討論,想辦法解決.若遇到的困難比較大或是通過(guò)討論后仍沒(méi)有解決的問(wèn)題,教師則進(jìn)行恰當(dāng)引導(dǎo)解決.

        完成實(shí)驗(yàn)后,選取最為成功的一組數(shù)據(jù),填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的計(jì)算程序表格中,讓計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算,并通過(guò)電子白板或投影把結(jié)果展示出來(lái)(表1,表2).

        表1 動(dòng)能和重力勢(shì)能

        表2 動(dòng)能和重力勢(shì)能的變化量

        (以上表格中的5個(gè)研究點(diǎn)為任意選取,亦可按規(guī)律選取,對(duì)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響)

        2.2 利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)

        (1)緊扣表格數(shù)據(jù),引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)機(jī)械能守恒

        引導(dǎo)學(xué)生對(duì)表格數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向、縱向的觀察和分析,通過(guò)小組內(nèi)的討論交流,最后由小組代表做總結(jié)發(fā)言.

        在這里教師可用“看看哪個(gè)小組能發(fā)現(xiàn)更多的規(guī)律”等類似的語(yǔ)言來(lái)鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng),從而更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的興趣.

        學(xué)生能總結(jié)出的規(guī)律大致如下:

        1)動(dòng)能增加,重力勢(shì)能減少.

        2)動(dòng)能與重力勢(shì)能之和基本上是不變的.

        3)動(dòng)能的變化量和重力勢(shì)能的變化量大致相同.

        4)動(dòng)能與重力勢(shì)能之和隨著下落過(guò)程略微減少.

        5)重力勢(shì)能的變化量略大于動(dòng)能的變化量.

        (2)趁熱打鐵,點(diǎn)明機(jī)械能守恒

        結(jié)論1)、2)、3)表明:物體在自由下落過(guò)程中,動(dòng)能與重力勢(shì)能間相互轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過(guò)程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的和是不變的,即機(jī)械能守恒.

        機(jī)械能守恒有兩個(gè)核心的表達(dá)式

        動(dòng)能+重力勢(shì)能=恒量

        動(dòng)能的變化量=重力勢(shì)能的變化量

        (3)討論“誤差”原因,找出機(jī)械能守恒條件

        結(jié)論4)、5)表明:在我們的實(shí)驗(yàn)中機(jī)械能只是近似守恒,為什么?

        除去由于測(cè)量和計(jì)算產(chǎn)生的誤差以外,學(xué)生應(yīng)該很容易找到4)、5)這種“誤差”就是由于重物下落過(guò)程中的各種無(wú)法消除的摩擦阻力造成的.

        從而很容易得出機(jī)械能守恒的關(guān)鍵條件即沒(méi)有摩擦阻力,只在重力作用下.

        (4)機(jī)械能守恒定律

        內(nèi)容:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變.

        條件:只有重力或彈力做功,其他力不參與做功或做功可忽略.

        表達(dá)式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2ΔEk=ΔEp

        3 教學(xué)反思

        新課標(biāo)的三維目標(biāo),不應(yīng)只停留在書面上或口頭上,而是教師要通過(guò)不斷地嘗試,給學(xué)生創(chuàng)造參與科學(xué)探究的機(jī)會(huì),使學(xué)生有感受、有體驗(yàn),從而樂(lè)于把書本知識(shí)內(nèi)化為自己的知識(shí).

        筆者的這次教改嘗試,以探究物理規(guī)律為出發(fā)點(diǎn),以實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為中心,以分析實(shí)驗(yàn)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)為核心,通過(guò)讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、總結(jié)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生的情感、興趣都處于積極興奮狀態(tài),并把觀察、分析、講解、實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用有機(jī)地結(jié)合起來(lái),促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)上的轉(zhuǎn)化與飛躍,從而真正實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)的三維目標(biāo).

        另外,本次嘗試特別注重實(shí)驗(yàn)與多媒體輔助教學(xué)的結(jié)合,尤其是實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)處理為表格數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程,由于計(jì)算量很大,若沒(méi)有有效的多媒體輔助手段,則無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)得到實(shí)驗(yàn)的結(jié)論,當(dāng)然教學(xué)目標(biāo)就更無(wú)從談起.用計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù),除了可以節(jié)省時(shí)間,增加課堂容量,還可以讓學(xué)生感受到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在物理學(xué)研究中的重要性.

        本次嘗試的另外一個(gè)關(guān)鍵就是對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和整合,把原先的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)調(diào)整到前面,整合為一個(gè)探究實(shí)驗(yàn),從而讓學(xué)生感覺(jué)到“機(jī)械能守恒定律”這樣一個(gè)重要的定律,并非離自己很遠(yuǎn),而是由他們?cè)趯?shí)驗(yàn)和課堂中發(fā)現(xiàn)的,從而激發(fā)探索創(chuàng)新的強(qiáng)烈欲望,促進(jìn)其對(duì)物理學(xué)進(jìn)一步的研究興趣.

        當(dāng)然本次教改嘗試也有不足之處,從自由落體運(yùn)動(dòng)得到機(jī)械能守恒規(guī)律,以高中生的角度而言探究可以很順利地完成,但作為一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)物理規(guī)律推演過(guò)程而言,科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性略顯牽強(qiáng),希望以后能想到更好的方案改進(jìn)這一點(diǎn).

        總之,以上就是筆者對(duì)“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)的一點(diǎn)想法,提出來(lái)供大家參考或斧正,若哪位同仁亦有類似想法,請(qǐng)不吝賜教.

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