賈代枝

【摘要】能量的轉(zhuǎn)化和守恒是自然科學(xué)的核心內(nèi)容之一，它從更深層次上反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和相互作用的本質(zhì)。它不僅是物理學(xué)最重要最基本的理論，還廣泛滲透在各門(mén)學(xué)科中。在中學(xué)物理中，此定律對(duì)于學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的世界觀，聯(lián)系生活生產(chǎn)實(shí)際，形成可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)有著十分重要的作用。

【關(guān)鍵詞】能量 守恒定律 思維

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）06-0158-02

一、樹(shù)立能量轉(zhuǎn)換和守恒定律“能量”的思想能幫助學(xué)生研究解決很多物理問(wèn)題

這一定律它揭示了有“能量”這樣一個(gè)量，在孤立系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列變化后保持不變，因此在孤立系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列變化后的能量和最初的能量必定相等。在某些情況下，我們就有可能根據(jù)它預(yù)言系統(tǒng)的終態(tài)，而不必顧及中間復(fù)雜曲折的過(guò)程和步驟，這從實(shí)際應(yīng)用、解決實(shí)際問(wèn)題的目的來(lái)說(shuō)顯然是十分重要。在諸多物理習(xí)題中，往往一個(gè)題目涉及多個(gè)物理過(guò)程。假如我們按照一個(gè)個(gè)物理過(guò)程列方程來(lái)解題很復(fù)雜，但若用能量轉(zhuǎn)換的守恒定律來(lái)解題，則可以不考慮或少考慮具體物理過(guò)程，只需知道始末態(tài)情況，就可以簡(jiǎn)便獲得所求的解，現(xiàn)舉例說(shuō)明其優(yōu)越性。

例1：在距沙坑高H處自由釋放一個(gè)質(zhì)量為m的小球，不計(jì)空氣阻力，小球落入沙坑中深h，則小球在沙坑中受到的平均阻力為多少？

解法一：F-mg=ma ①

a=v2/2h ②

v2=2gh ③

由以上三個(gè)式子可得：F=mg（H+h）/h

解法二：由動(dòng)能定理得：mg（H+h）-Fh=0

兩種方法對(duì)比“能量轉(zhuǎn)化”的思想優(yōu)越性顯而易見(jiàn)。

例2：一帶電油滴在勻強(qiáng)電場(chǎng)E中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，電場(chǎng)方向豎直向下。若不計(jì)空氣阻力，則此帶電油滴從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中，能量變化情況為（ ）

A. 動(dòng)能增大B. 電勢(shì)能增加C. 動(dòng)能和電勢(shì)能總和減少D. 重力勢(shì)能和電勢(shì)能之和增加

如果用動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合解此題，要復(fù)雜得多。用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來(lái)解題，不僅簡(jiǎn)單，還能開(kāi)拓學(xué)生思路，提高其分析問(wèn)題的能力。油滴從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中重力勢(shì)能增加，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少，如果從“能量轉(zhuǎn)化和守恒”思想來(lái)考慮，學(xué)生會(huì)輕而易舉的得出動(dòng)能和電勢(shì)能的總和肯定的減少，因?yàn)殡妱?shì)能增加；同理重力勢(shì)能和電勢(shì)能之和也必須減少，因?yàn)閯?dòng)能增加了。

二、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的思想鍛煉了學(xué)生的思維能力

對(duì)于學(xué)生，此定律在日常生活的某一具體事件中并不多見(jiàn)，只能從較為宏觀的角度作大致說(shuō)明。例如分析“從地球吸收太陽(yáng)光開(kāi)始，討論發(fā)生在地球上的許多能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象”這一類(lèi)問(wèn)題，學(xué)生聯(lián)想思維的空間會(huì)向各個(gè)方向發(fā)散，使學(xué)生處于積極探索狀態(tài)，發(fā)展了學(xué)生的探究能力，教學(xué)中要有意識(shí)強(qiáng)化這一觀念，舉例說(shuō)明：

例3，“用細(xì)繩拴住一個(gè)小球，繩的一端固定，使小球在光滑的平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)”，試分析此物理過(guò)程機(jī)械能是否守恒？

如果只簡(jiǎn)單地依據(jù)機(jī)械能的總量是否改變來(lái)回答判斷機(jī)械能是否守恒，雖然是不恰當(dāng)?shù)?。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律發(fā)現(xiàn)，從受力情況看，小球是符合機(jī)械能守恒條件的，但是，受力情況只是物體機(jī)械能守恒的必要條件，如果沒(méi)有動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，既沒(méi)有力的做功這個(gè)充分條件是不行的，沒(méi)有這個(gè)充分條件談不上機(jī)械能守恒。所以引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)一步拓展，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)守恒定律中“守恒”二字的含義不是簡(jiǎn)單的“不變”，而應(yīng)當(dāng)是：①要有變化，即動(dòng)能勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。②要有機(jī)械能總量的恒定不變。沒(méi)有變化，就無(wú)“守”字可談；沒(méi)有總量的不變，就沒(méi)有“恒”字可講?！笆睾恪钡暮x應(yīng)當(dāng)是在變化中保存著恒定，在恒定中進(jìn)行著變化。通過(guò)這樣的分析，學(xué)生的思維發(fā)生了質(zhì)的飛躍，發(fā)現(xiàn)了“機(jī)械能是否守恒”和“機(jī)械能總量是否不變”的區(qū)別，從而使他們思維上升到理論水平，明白機(jī)械能守恒定律成了條件（1）物體必須在保守力作用下，（2）必須有動(dòng)能、勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。只有滿足這兩個(gè)條件，才可以繼續(xù)考察機(jī)械能總量是否恒定，做出機(jī)械能是否守恒的結(jié)論。這樣分析，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了思維的多向性與聚合性的辯證統(tǒng)一。

三、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律使學(xué)生更廣泛地認(rèn)識(shí)其他問(wèn)題

比如能源的損耗問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題、效率問(wèn)題等等，學(xué)生會(huì)關(guān)系諸如“怎樣提供煤氣灶熱效率”“新能源開(kāi)發(fā)成本”等許多實(shí)際問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到能量轉(zhuǎn)化的方向性，增強(qiáng)節(jié)約能源意識(shí)，關(guān)心和科學(xué)地認(rèn)識(shí)核能的開(kāi)發(fā)和利用等等，培養(yǎng)他們可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)，把將科學(xué)服務(wù)于類(lèi)作為自己的使命與責(zé)任，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生德育教育的良性發(fā)展。

總之，“能量”是學(xué)物理學(xué)習(xí)的一條主線，而能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的觀念很重要，要根植在學(xué)生心田，使學(xué)生用“STS”理念去細(xì)心學(xué)習(xí)體會(huì)，全面提高學(xué)生自身素質(zhì)。