鄭洪均（福建省泉州市永春華僑中學(xué)）

新課程背景下能量問(wèn)題的探討

鄭洪均
（福建省泉州市永春華僑中學(xué)）

能量問(wèn)題的教與學(xué)是高中物理中的一個(gè)重難點(diǎn)，對(duì)高中能量問(wèn)題的教與學(xué)現(xiàn)狀入手，抓本質(zhì)，分析規(guī)律。提出利用動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒定律結(jié)合，創(chuàng)新的開(kāi)辟使用能量守恒的方法進(jìn)行教與學(xué)。通過(guò)結(jié)合分析物體的受力情況，列出物體初末狀態(tài)機(jī)械能。中間除重力外的其他力做功即為物體的機(jī)械能變化量的原因所在。讓學(xué)生理解機(jī)械能變化的原因，能量轉(zhuǎn)化到哪里去。將抽象的概念轉(zhuǎn)化為直觀、明朗的能量關(guān)系。從現(xiàn)象到本質(zhì)的方法，也是高中物理分析題目，構(gòu)建解題思路的重要方法途徑之一。通過(guò)實(shí)際授課，發(fā)現(xiàn)確實(shí)能夠使學(xué)生更容易理解能量間的相互轉(zhuǎn)化，更好地掌握能量規(guī)律，更好地運(yùn)用能量守恒方法求解出題目。

能量；轉(zhuǎn)化；守恒；動(dòng)能定理；機(jī)械能

能量的轉(zhuǎn)化與守恒是高中物理必須掌握的主干知識(shí)，是高考的考點(diǎn)和熱點(diǎn)，考查重點(diǎn)不停留于基本概念的理解，而是重在知識(shí)的應(yīng)用和分析解決物理問(wèn)題，在整個(gè)高中物理中所占地位非同一般。高中物理教學(xué)中如何指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)能量方法來(lái)構(gòu)建物理知識(shí)框架模型，應(yīng)用能量守恒的方法使題目化繁為簡(jiǎn)，使學(xué)生更直觀明了地掌握物理知識(shí)間的聯(lián)系是個(gè)難題。新課程背景下，在高中物理教學(xué)中科學(xué)、高效地指導(dǎo)學(xué)生掌握能量規(guī)律與方法，對(duì)于提高學(xué)生的認(rèn)知水平，分析問(wèn)題、構(gòu)建物理模型解決問(wèn)題的能力有著重要意義。

一、解剖現(xiàn)狀，熟悉功能關(guān)系

學(xué)生對(duì)高中所學(xué)的能量基礎(chǔ)知識(shí)掌握不夠全面，能量間的轉(zhuǎn)化關(guān)系不清楚，無(wú)法構(gòu)建準(zhǔn)確的能量知識(shí)框架，是新課程背景下教學(xué)中的突出問(wèn)題。

1.充分了解功和能之間的關(guān)系

不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過(guò)程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)移）的過(guò)程。且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)移）。因此，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。其中，恒力做功可用W=FScosα求解，變力做功通過(guò)能量轉(zhuǎn)變關(guān)系來(lái)求解。

2.了解能量的基本規(guī)律和定理

動(dòng)能定理指合外力所做的功等于物體動(dòng)能的改變。表達(dá)式：W合=EK2-EK1，其中W合=W1+W2+W3+…或W合=F合Scosα。EK2其中表示物體的末動(dòng)能，EK1表示物體的初動(dòng)能。

動(dòng)能定理的特點(diǎn)：動(dòng)能定理適用于宏觀低速的各種運(yùn)動(dòng)情況。機(jī)械能守恒定律是指在只有重力做功情況下，物體的動(dòng)能與重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能都可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能總量不變。那就意味著除了重力外其他力做功，物體的機(jī)械能將不守恒。那么，增加或減小的機(jī)械能即為除重力外的其他力做功的總量。

3.深刻理解定理和定律的內(nèi)涵

動(dòng)能定理中涉及各個(gè)力做功情況，但不涉及勢(shì)能，尤其是題目有阻力做功，同時(shí)又給出重力勢(shì)能多少時(shí)，就無(wú)法直接使用動(dòng)能定理列方程式。必須通過(guò)重力做功與重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化關(guān)系來(lái)判斷重力做功多少，過(guò)程中做功與勢(shì)能關(guān)系學(xué)生很容易判斷出錯(cuò)。動(dòng)能定理的使用，僅規(guī)定合外力做功與動(dòng)能的關(guān)系，沒(méi)有直觀地闡釋物體動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系。

機(jī)械能守恒定律中，形象地闡釋了動(dòng)能與勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。學(xué)生理解掌握相對(duì)比較容易。但機(jī)械能守恒的條件要求只有重力或彈力做功時(shí)才能守恒，一旦出現(xiàn)有阻力做功時(shí)，就無(wú)法使用機(jī)械能守恒定律，存在明顯的不足。

動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒定律兩種方法有各自的優(yōu)點(diǎn)，也有各自的不足與局限性，在教學(xué)過(guò)程中，如何形象地使學(xué)生了解能量間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，指導(dǎo)學(xué)生綜合利用能量方法來(lái)列方程式求解，對(duì)教師提出了較高的要求。

二、深度剖析，提取能量精粹

1.能量轉(zhuǎn)化的幾種常見(jiàn)類(lèi)型

除重力外只有彈簧彈力做功，物體機(jī)械能與彈簧彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。除重力外，如果只有滑動(dòng)摩擦力做功，做正功時(shí)物體機(jī)械能增加，摩擦力做負(fù)功時(shí)，機(jī)械能減少。除重力外只有電場(chǎng)力對(duì)宏觀物體做正功，物體機(jī)械能增加，負(fù)功時(shí)，機(jī)械能減少。除重力外，只有安培力做正功時(shí)機(jī)械能增加，負(fù)功時(shí)，機(jī)械能減少，等等多種力做功導(dǎo)致的機(jī)械能改變。物體機(jī)械能發(fā)生改變的量度等于除重力外的其他力做功的多少。單個(gè)物體機(jī)械能發(fā)生改變，但是整個(gè)系統(tǒng)能量是守恒的，滿(mǎn)足能量守恒定律。

2.抓住本質(zhì)，創(chuàng)新解題方法

根據(jù)能量守恒定律，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失。如果除重力外其他力不做功或做功之和為零，則初狀態(tài)的機(jī)械能將會(huì)等于末狀態(tài)的機(jī)械能；若除重力外其他力做正功，則外界給物體轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化入能量，機(jī)械能增加；若除重力外其他力做負(fù)功，物體的能量損失，則物體的機(jī)械能就會(huì)減少。重力以外的其他力所做的功是機(jī)械能改變的量度。能量守恒定律關(guān)系是：初狀態(tài)機(jī)械能+WG外=末狀態(tài)機(jī)械能，其中初狀態(tài)機(jī)械能為初狀態(tài)的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和，WG外為除重力外的其他力做功之和，末狀態(tài)機(jī)械能為末狀態(tài)的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和。

能量守恒定律示意圖如圖所示：

討論帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的能量守恒問(wèn)題，只需將初、末狀態(tài)的能量加入電勢(shì)能即可。電勢(shì)能變化等于電場(chǎng)力做功，由于一般微觀帶電粒子不考慮重力，可以去掉重力勢(shì)能。

三、分析典例，實(shí)現(xiàn)舉一反三

如下圖所示，水平地面光滑，固定的傾斜角為θ的粗糙斜面頂端裝有一個(gè)輕彈簧，地面上質(zhì)量為m的物體以速率υ向左滑行并沖上斜面，壓縮彈簧至B點(diǎn)時(shí)彈簧最短，B點(diǎn)離地面的高度為h，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求彈簧壓縮至B點(diǎn)時(shí)的彈性勢(shì)能EP。

解析：分別選取出發(fā)位置與B點(diǎn)為初、末位置，初位置為零勢(shì)能面。依題意可知，物體初狀態(tài)只具有速度υ，初狀態(tài)只具有動(dòng)能mv2，末狀態(tài)只具有高度h，物體末狀態(tài)能量只具有重力勢(shì)能mgh，整個(gè)過(guò)程除重力做正功外，摩擦力做負(fù)功損失能量-μmg， mv2-彈簧彈力做負(fù)功使物塊減少，能量轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能-EP，據(jù)能量守恒有，解得彈性勢(shì)能

綜上所述，從能量基礎(chǔ)知識(shí)的構(gòu)建，到揭示能量本質(zhì)規(guī)律，再到綜合分析提高應(yīng)用能力，有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生在新課程背景下通過(guò)能量守恒角度分析問(wèn)題、處理問(wèn)題，不僅能比較直觀、簡(jiǎn)便，更能使學(xué)生從理解的基礎(chǔ)上更高層次來(lái)把握物理規(guī)律，開(kāi)闊思路，切實(shí)提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而提升教與學(xué)的效果。

［1］夏錫良.對(duì)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”教學(xué)的幾點(diǎn)思考［J］.物理教師，2007（5）.

［2］臺(tái)字利.能量教學(xué)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題［J］.延邊教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（4）.

［3］趙麗.高中物理教學(xué)要突出能量守恒主線［J］.內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)漢文版，2003（S1）.

·編輯薄躍華