摘要：《機(jī)械能守恒定律》的設(shè)置是追求守恒量的研究源泉，體現(xiàn)了教材編寫的一般思路，也是物理體系承上啟下的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：機(jī)械能；定恒定律；編排

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）2（S）-0067-2

筆者開設(shè)校內(nèi)公開課，課題為高一物理《機(jī)械能守恒定律》一節(jié)內(nèi)容。在課后的教研組討論時(shí)，一位第一年在高三任教的年輕教師提出的一個(gè)問題，引發(fā)了筆者的思考。

他說：“學(xué)生高三物理復(fù)習(xí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)很少用到機(jī)械能守恒定律解題。甚至有些參考書上也給學(xué)生直接提醒：為了防止重力勢能與重力做功相互混淆而出錯(cuò)，對力學(xué)問題盡量用動(dòng)能定理來處理，除非特別強(qiáng)調(diào)，不要用機(jī)械能守恒定律來解。在高一學(xué)生用了接近半個(gè)學(xué)期所學(xué)的、而且在初中物理就開始定性分析的機(jī)械能守恒，到底有什么用呢？”

實(shí)情似乎確實(shí)如此！就筆者自身而言，多年任教高三，除非是高三總復(fù)習(xí)到《機(jī)械能》這部分內(nèi)容時(shí)，才會(huì)用機(jī)械能守恒定律來處理問題，平時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生研究或分析力學(xué)問題時(shí)，一般都是從動(dòng)能定理的角度就能將問題解決掉。這樣看來。好像機(jī)械能守恒定律在高中物理體系中確實(shí)沒有太大的作用，為什么書本上還要用這樣大的篇幅來討論這個(gè)問題呢？

筆者就這個(gè)問題進(jìn)行了較長時(shí)間的思考，并請教了一些專家，得到了一些不太成熟的觀點(diǎn)，與大家一起商榷。

1 追求守恒量，是物理學(xué)家研究的動(dòng)力源泉

“人教版”高中物理必修二第七章《機(jī)械能守恒定律》開篇語，引用了德國著名物理學(xué)家勞厄的一段話：“物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。該規(guī)律最簡單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向?！?/p>

物理學(xué)家在研究問題的過程中，一直試圖在變化之中找到一些不變量，也就是變化中的守恒問題。例如：我們中學(xué)階段就先后研究到質(zhì)量守恒、電荷守恒、機(jī)械能守恒、動(dòng)量守恒等等。

機(jī)械能守恒是高中物理中所遇到的第一個(gè)守恒量，它是在前面學(xué)習(xí)過力、運(yùn)動(dòng)和功的基礎(chǔ)上的一次大提升，對后面再開展其他守恒量的研究有示范作用。所以書本上用了很多篇幅，先介紹與功有關(guān)的問題，再研究動(dòng)能、彈性勢能、重力勢能，最后再在動(dòng)能定理的基礎(chǔ)上得出機(jī)械能守恒定律。

2 教材的安排顯示出物理學(xué)研究問題的一般思路

物理學(xué)中研究問題的一般思路是從簡單到復(fù)雜，從特殊到一般。例如：對運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究就是先從最簡單但也是最特殊的勻速直線運(yùn)動(dòng)開始，然后再逐漸擴(kuò)展到其他運(yùn)動(dòng)形式：對曲線運(yùn)動(dòng)的研究也是從最簡單同時(shí)也是最特殊的平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)開始研究，再逐漸擴(kuò)展到一般性的曲線運(yùn)動(dòng)。

對能量的認(rèn)識，雖然學(xué)生們聽到過化學(xué)能、電能、太陽能、水能等。但由于能量這個(gè)概念非常抽象，所以學(xué)生很難利用身邊的器材或者知識對能量開展研究。

高中物理教材對學(xué)生身邊最容易理解的機(jī)械能的講解也不是一步就到位的，而是通過先講解運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能，被舉高的物體具有重力勢能，彈簧類的物體具有彈性勢能。當(dāng)有了這些能量做鋪墊，再開始機(jī)械能的研究就變得比較容易了。

由以上分析可以看出，教材這樣安排。符合學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)世界的一般思路。

3 動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒定律公式的區(qū)別

雖然書本上是從動(dòng)能定理的角度出發(fā)來推導(dǎo)出的機(jī)械能守恒定律，但是二者還是有比較大的區(qū)別。

首先，動(dòng)能定理的使用是沒有條件的，只要是物體受力，并且有了一定的位移，肯定能用動(dòng)能定理對物體的運(yùn)動(dòng)過程列式。機(jī)械能守恒定律的使用是有條件的，一定要在只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)。才存在機(jī)械能守恒，才能用這個(gè)規(guī)律解題。從這個(gè)角度來看，動(dòng)能定理的使用范圍要比機(jī)械能守恒定律寬泛得多。

再者，動(dòng)能定理使用時(shí)要考慮中間過程，它是一個(gè)過程性方程。而機(jī)械能守恒定律只要是滿足了守恒的條件，就可以對要研究的任意兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行列式，它關(guān)注的是兩個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)。從這一點(diǎn)上來說，動(dòng)能定理是一個(gè)過程方程，而機(jī)械能守恒定律是一個(gè)狀態(tài)方程。使用時(shí)各有各關(guān)注的落點(diǎn)。

4 《機(jī)械能守恒定律》的學(xué)習(xí)在整個(gè)知識體系中起到承上啟下的作用

如果單從解決物理問題的角度看，動(dòng)能定理確實(shí)比機(jī)械能守恒定律具有更大的作用，特別是后續(xù)電學(xué)學(xué)習(xí)中加入電場力、安培力。熱學(xué)中加入分子力之后，動(dòng)能定理的作用表現(xiàn)得更加突出，但是機(jī)械能守恒定律的作用仍然不可替代。

有了機(jī)械能守恒定律的知識鋪墊，學(xué)生就非常容易理解自然界更加普遍的法則：能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。所以，在“人教版”教材本章的最后一節(jié)就安排了《能量守恒定律與能源》，顯得水到渠成。有了機(jī)械能守恒定律做鋪墊，到了電學(xué)中，學(xué)生才容易理解——如果帶電粒子只在電場力作用下，其動(dòng)能與電勢能之和將守恒。帶電粒子如果同時(shí)受重力和電場力作用，則動(dòng)能、電勢能與重力勢能之和將為定值。這些與能量有關(guān)的規(guī)律都能夠很自然的得出。所以，本章內(nèi)容的安排在整個(gè)高中物理能量體系中起著非常關(guān)鍵的作用。

筆者想，當(dāng)我們思考過以上這些問題之后，就不會(huì)因?yàn)榈礁呷倧?fù)習(xí)時(shí)很少用到機(jī)械能守恒定律來直接解題，而弱化對這部分知識的教學(xué)。相反，如果我們從物理學(xué)史的角度、從教材編撰者的角度、從整個(gè)物理學(xué)能量體系完整的角度來思考這些問題，就會(huì)更加重視這部分知識的教學(xué)與研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟小兵.機(jī)械能定恒定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].物理教學(xué)探討，2011，（9）：53.

[2]樊杰.“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討，2011，（8）：77.

（欄目編輯 鄧?yán)冢?/p>