周曉波

摘 要：對(duì)于高中物理復(fù)習(xí)而言，能量專題是難點(diǎn)，基于物理知識(shí)自結(jié)構(gòu)的復(fù)習(xí)應(yīng)該是系統(tǒng)化地建構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能，循序漸進(jìn)地提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)認(rèn)知；概念；問(wèn)題

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）8-0008-3

高三物理能量專題有著綜合性強(qiáng)、知識(shí)密度高的特點(diǎn)，也是學(xué)生復(fù)習(xí)的難點(diǎn)。筆者認(rèn)為從以下兩個(gè)層面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，能有效減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，化解難點(diǎn)，提高復(fù)習(xí)效率。

1 系統(tǒng)化建構(gòu)認(rèn)知，夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)

（1）課前準(zhǔn)備

教師引導(dǎo)學(xué)生在正式學(xué)習(xí)之前，利用教材與相關(guān)教輔，將已學(xué)的各種能量形式以及所學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)模型羅列出來(lái)，并進(jìn)一步將對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)模型中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行梳理，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。正式教學(xué)過(guò)程中，教師讓學(xué)生對(duì)功能關(guān)系的理解進(jìn)行交流，對(duì)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)進(jìn)行糾正，以合作交流的方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，將傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。

（2）學(xué)生能量概念理解方面的障礙分析

學(xué)生肯定存在概念理解不夠透徹的地方，特別是在電勢(shì)能和分子勢(shì)能等較為抽象的概念上，學(xué)生初次學(xué)習(xí)時(shí)的有關(guān)認(rèn)知就比較模糊。復(fù)習(xí)階段，教師更要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)類比的方法，將電勢(shì)能、分子勢(shì)能等抽象模型與重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能進(jìn)行比較，并輔以恰當(dāng)?shù)睦}進(jìn)行鞏固，幫助學(xué)生強(qiáng)化相關(guān)認(rèn)知。并且，在此情形下，教師要控制問(wèn)題的難度，不能將難題和怪題拿出來(lái)混淆學(xué)生對(duì)概念的理解。

（3）學(xué)生功能關(guān)系理解方面的障礙分析

純粹的力學(xué)問(wèn)題中涉及到的功能關(guān)系較為簡(jiǎn)單，學(xué)生的掌握和理解都比較到位，但是牽扯到電磁學(xué)方面的功能關(guān)系就給學(xué)生的認(rèn)識(shí)和理解帶來(lái)一定的困難。相比而言，導(dǎo)體桿在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中進(jìn)行切割磁感線的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，安培力做功與能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系還比較直觀。但是，如果是線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)切割的情形：例如，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)模型，因?yàn)檗D(zhuǎn)化過(guò)程可能涉及到多種類別的能量，學(xué)生的理解難度也就大大提升。此種情形下，教師還是要引導(dǎo)學(xué)生按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到組合的模式來(lái)逐個(gè)分析，先針對(duì)某個(gè)力做功與對(duì)應(yīng)能量的轉(zhuǎn)化來(lái)把具體情形認(rèn)識(shí)清楚，幫助學(xué)生構(gòu)建較為清晰和簡(jiǎn)潔的功能對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（4）區(qū)分能量守恒的不同表述

教師要幫助學(xué)生以簡(jiǎn)單直觀的例子來(lái)對(duì)能量守恒的幾個(gè)常見(jiàn)形式進(jìn)行認(rèn)知構(gòu)建。例如，在只有重力做功或彈力做功的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)部只發(fā)生勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化，因此，機(jī)械能總量不變。在滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)發(fā)生機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化，而機(jī)械能與內(nèi)能之和不變。閉合電路中，電路的總功率等于內(nèi)外電路的功率之和。物體內(nèi)能的改變方式有兩種，某系統(tǒng)的內(nèi)能改變量等于該系統(tǒng)的吸熱量與外界對(duì)其做功的和。此外，光電效應(yīng)和原子躍遷中的相關(guān)理論也屬于能量守恒的基本表述之一，復(fù)習(xí)階段可以和學(xué)生一起進(jìn)行梳理和總結(jié)。

2 循序漸進(jìn)組織例題，提升分析能力

高中復(fù)習(xí)階段有關(guān)于能量的問(wèn)題往往體現(xiàn)著較強(qiáng)的綜合性，但是這實(shí)際上屬于分析角度的問(wèn)題。在學(xué)生復(fù)習(xí)過(guò)能量的基礎(chǔ)知識(shí)之后，教師可以提供例題，創(chuàng)建一些較為復(fù)雜的情境，引導(dǎo)學(xué)生從能量的角度來(lái)思考問(wèn)題。

（1）幫助學(xué)生形成運(yùn)用能量觀點(diǎn)解決問(wèn)題的思路

高中階段很多力學(xué)問(wèn)題有著這樣的特點(diǎn)，既可以用牛頓定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)進(jìn)行處理，也可以運(yùn)用能量觀點(diǎn)進(jìn)行解析。對(duì)此，教師可以選擇此類典型例題，引導(dǎo)學(xué)生在分析過(guò)程中建立能量視角解決問(wèn)題的基本思路。一般來(lái)講，這一思路包括以下環(huán)節(jié)：①選定恰當(dāng)?shù)难芯繉?duì)象（一般是系統(tǒng)）；②明確過(guò)程中涉及到哪些能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化；③分析各類型能量的變化情況；④繪制能量轉(zhuǎn)化關(guān)系圖或是建立相關(guān)方程。

例1 如圖1所示，粗糙斜面處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一根彈簧通過(guò)支架固定在斜面的底端，上端連接一個(gè)滑塊，該滑塊帶正電，已知滑塊經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)正是彈簧的原長(zhǎng)位置，現(xiàn)將彈簧拉伸到a點(diǎn)后由靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則滑塊從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中（ ）

A. 滑塊克服電場(chǎng)力所做的功等于系統(tǒng)的機(jī)械能減量和生成內(nèi)能的差值

B. 重力對(duì)滑塊所做的功等于其動(dòng)能、電勢(shì)能以及摩擦生熱的總和

C. 系統(tǒng)的機(jī)械能減量等于系統(tǒng)內(nèi)能與電勢(shì)能的增量之和

D. 滑塊經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)有最小的機(jī)械能

分析 本題處理時(shí)必須先明確滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況：重力、彈簧彈力、支持力、滑動(dòng)摩擦力以及電場(chǎng)力，5個(gè)力中支持力不做功，重力與彈簧彈力對(duì)滑塊做正功，滑動(dòng)摩擦力與電場(chǎng)力對(duì)其做負(fù)功。為了幫助學(xué)生從能量的角度理解這一問(wèn)題，教師可以引導(dǎo)他們畫(huà)出能量轉(zhuǎn)化關(guān)系圖（如圖2所示）。

由關(guān)系圖可分析題中的相關(guān)過(guò)程：重力和彈簧的做功總和與滑塊動(dòng)能增量、電勢(shì)能增量以及系統(tǒng)的內(nèi)能增量總和相等；滑塊克服電場(chǎng)力所做功等于其電勢(shì)能增量，電勢(shì)能增量與系統(tǒng)內(nèi)能增量之和應(yīng)該等于系統(tǒng)機(jī)械能減量；滑塊所受電場(chǎng)力與滑動(dòng)摩擦力在上述情境做負(fù)功則導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械能減小。因此，滑塊到達(dá)b點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)機(jī)械能最小。總體而言，系統(tǒng)總能量必然守恒。因此，系統(tǒng)的機(jī)械能減量必然與電勢(shì)能、內(nèi)能總的增量相等。因此，本題只有B選項(xiàng)錯(cuò)誤，其他3個(gè)選項(xiàng)都正確。經(jīng)過(guò)上述關(guān)系圖的分析，相關(guān)內(nèi)容一目了然。

（2）幫助學(xué)生形成能量觀點(diǎn)的解題意識(shí)

教師在組織例題時(shí)，還要有意識(shí)地組織一些運(yùn)用牛頓定律或者能量觀點(diǎn)均能解決的問(wèn)題，而且前一種處理方法較為繁瑣，后一方法較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題，讓學(xué)生對(duì)比兩種解題思路，進(jìn)而凸顯能量觀點(diǎn)解題的優(yōu)越性，提升學(xué)生對(duì)能量方法的使用興趣。然后，教師再為學(xué)生提供一些只能運(yùn)用能量觀點(diǎn)解決的問(wèn)題，幫助學(xué)生強(qiáng)化能量觀點(diǎn)的解題意識(shí)，最終讓學(xué)生適應(yīng)多角度思考問(wèn)題的方式。

例2 如圖3所示，有兩根長(zhǎng)度為l的金屬桿，電阻值均為R，其中ab桿質(zhì)量為M，cd桿質(zhì)量為m，且ab桿質(zhì)量較大，并用電阻與質(zhì)量均可不計(jì)的兩根導(dǎo)線將其連接成回路，掛在一光滑絕緣水平支架上。兩條金屬桿也均位于水平位置，現(xiàn)將整個(gè)裝置放入一個(gè)與回路所處平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。求ab桿由靜止釋放后所能達(dá)到的最大速度。

（3）培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力

高三階段有關(guān)能量問(wèn)題的復(fù)習(xí)，由淺入深地逐步推進(jìn)到最后階段，必然涉及到力學(xué)、電磁學(xué)等內(nèi)容的綜合問(wèn)題，教師要引導(dǎo)學(xué)生有效訓(xùn)練綜合分析的思維能力，提升其思維品質(zhì)。當(dāng)然，教師依然要注意例題的選擇，以便學(xué)生能從研究對(duì)象、過(guò)程分段以及功能關(guān)系多角度地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解構(gòu)。具體教學(xué)中，教師更要提醒學(xué)生抓住具體過(guò)程中能量變化的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從整體角度把握物體的運(yùn)動(dòng)以及變化，分析能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，有效建立“能量觀”的綜合分析意識(shí)。

例3 如圖4所示，質(zhì)量為m的導(dǎo)體桿Ⅰ由靜止出發(fā)，沿著弧形導(dǎo)軌從距地面高度為h的位置下滑，導(dǎo)軌的水平部分處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)之中，同時(shí)導(dǎo)軌水平部分還放有導(dǎo)體桿Ⅱ，且其質(zhì)量為2m，現(xiàn)在忽略導(dǎo)軌電阻以及一切摩擦，且導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，兩導(dǎo)體桿也不發(fā)生接觸。求：（1）兩根金屬桿的最終速度為多少？（2）過(guò)程中回路總的焦耳熱為多少？

參考文獻(xiàn)：

[1]劉桂枝.順學(xué)而導(dǎo) 補(bǔ)全原解——基于學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”的“拉船模型”糾錯(cuò)策略[J].物理教師，2013，34（12）：25—26.