楊春華

摘要：《機(jī)械能守恒定律》是高中物理課程中的經(jīng)典課程，經(jīng)典之處在于：動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)例分析、理論推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律、總結(jié)機(jī)械能守恒條件和應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題。但在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)定律的理解和應(yīng)用往往并未達(dá)到預(yù)期效果。這說(shuō)明教師的教學(xué)還是有所欠缺的。本文結(jié)合筆者多年的一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談?wù)劇稒C(jī)械能守恒定律》這節(jié)課運(yùn)用的一些教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);機(jī)械能守恒定律;教學(xué)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2020）23-042

對(duì)于新課的引入，多數(shù)教師用單擺“碰鼻”實(shí)驗(yàn)或者“伽利略理想斜面”裝置，兩者物理原理相同，只是形式不同，也都能很好地聯(lián)系本課內(nèi)容，但個(gè)人主張用單擺比較好。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單擺受空氣阻力非常小，往復(fù)擺動(dòng)幾次仍能十分接近“鼻子”。而“伽利略理想斜面”效果就相對(duì)差一些，小球第一次的往返已經(jīng)可以觀察到未到達(dá)原高度，根本原因是滾動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比單擺所受空氣阻力的影響大。這種情況下，若硬性說(shuō)成“機(jī)械能守恒”，本身是不科學(xué)的，自然起不到引導(dǎo)新課的作用。此外，還有一個(gè)被很多物理教師忽略的細(xì)節(jié)，那就是引課時(shí)要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行渲染，可以用語(yǔ)言也可以是肢體，力爭(zhēng)把學(xué)生帶入相應(yīng)的物理情境中，讓他們真正參與到實(shí)驗(yàn)中，感受物理現(xiàn)象給他們帶來(lái)的視覺(jué)沖擊，體會(huì)到現(xiàn)象背后蘊(yùn)含某種科學(xué)道理，這樣的引課才是成功的。

關(guān)于動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例很多，但教師在舉例時(shí)一定要注意三點(diǎn)：一是嚴(yán)密性，二是相互性，三是全面性。所謂嚴(yán)密性，是指所舉實(shí)例必須只有動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化，不能涉及其他能量參與。例如最熟悉的滑雪運(yùn)動(dòng)，說(shuō)它是勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，其實(shí)是不嚴(yán)密的，因?yàn)榛r(shí)人要借助雪仗加速或轉(zhuǎn)向，這樣就有外力對(duì)系統(tǒng)做功，動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化不是等值的，并非我們所說(shuō)的“守恒”。再如投出去的籃球，上升過(guò)程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，也是不嚴(yán)密的，因?yàn)榛@球存在自身轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的影響是不能忽略的。把不嚴(yán)密的實(shí)例呈現(xiàn)給學(xué)生，不利于教學(xué)，不利于學(xué)生理解“守恒”思想。要做到嚴(yán)密，就需要教師在選擇實(shí)例時(shí)慎重，不能把模棱兩可的物理現(xiàn)象帶進(jìn)課堂。比較好的實(shí)例有自由落體運(yùn)動(dòng)、上拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)。研究對(duì)象盡量是“質(zhì)點(diǎn)”，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)情況。教師還應(yīng)該突出強(qiáng)調(diào)“忽略空氣阻力”這一條件，每個(gè)實(shí)例都要強(qiáng)調(diào)?？梢?jiàn)，嚴(yán)密不僅是實(shí)例本身的嚴(yán)密性，還要做到運(yùn)動(dòng)條件的嚴(yán)密性。相互性指的是不能只舉動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能的實(shí)例，也不能只舉勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的實(shí)例。因?yàn)閯?dòng)能可以轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，勢(shì)能也可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，“相互”轉(zhuǎn)化是它們之間轉(zhuǎn)化的“特點(diǎn)”，課堂上一定要凸顯出來(lái)，不要讓學(xué)生誤解為動(dòng)能、勢(shì)能轉(zhuǎn)化具有方向性。實(shí)際教學(xué)中，可以多舉幾個(gè)實(shí)例，也可以細(xì)致分析上拋運(yùn)動(dòng)，把上升和下落兩個(gè)過(guò)程分開(kāi)研究，自然就能夠體現(xiàn)出“相互性”。全面性指的是，不但要舉例說(shuō)明重力勢(shì)能與動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，還要舉出彈性勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例。生活中接觸重力勢(shì)能較多，所以授課時(shí)也習(xí)慣列舉重力勢(shì)能與動(dòng)能間的相互轉(zhuǎn)化，但勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，不提及彈性勢(shì)能與動(dòng)能間的相互轉(zhuǎn)化是不科學(xué)的、不完整的。學(xué)生對(duì)彈性勢(shì)能的理解本來(lái)就很困難，教學(xué)中若是再避而不談，只能使之難上加難。

在推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律時(shí)，通常以小球沿光滑斜面自由向下滾動(dòng)為例，取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩個(gè)位置A和B，合外力所做的功W合=12mv22-12mv21，重力做功WG=mgh1-mgh2。由于只有重力做功，所以合外力的功等于重力的功，即12mv22-12mv21=mgh1-mgh2。通過(guò)移項(xiàng)可得：mgh1+12mv21=mgh2+12mv22，其物理意義為：小球在初位置A的機(jī)械能等于末位置B的機(jī)械能。但要注意的是，以上過(guò)程只能證明A、B兩點(diǎn)的機(jī)械能相等，不足以證明“守恒”。因?yàn)槭睾愕囊饬x是物體在任意時(shí)刻、任意位置的機(jī)械能總量都保持不變，強(qiáng)調(diào)的是“任意性”，授課時(shí)應(yīng)該把它作為教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行講解，是不可忽略的細(xì)節(jié)問(wèn)題，否則將會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生機(jī)械能“守恒”就是物體過(guò)程的初末位置機(jī)械能“相等”的誤區(qū)。對(duì)此，我的教學(xué)策略是：把證明過(guò)程由斜面過(guò)渡到曲面，結(jié)合自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)，對(duì)不同運(yùn)動(dòng)形式都強(qiáng)調(diào)“任意”位置和只有重力做功的前提下，均加以證明。因?yàn)閷W(xué)生有了一定基礎(chǔ)，完全理解了斜面上的推導(dǎo)過(guò)程，這種類(lèi)別證明思想是可以接受的。

本課的另一個(gè)教學(xué)重點(diǎn)是機(jī)械能守恒條件，由于是新授課，只要把“只有重力或彈力做功”提煉出來(lái)即可。我在教學(xué)中選擇逐步滲透的方法，每一個(gè)實(shí)例分析、每一個(gè)證明過(guò)程都強(qiáng)調(diào)“只有重力做功”，直到最終得出機(jī)械能守恒條件為止，這種“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的作用很有效，學(xué)生接受起來(lái)不唐突。高中階段彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械能守恒雖然涉及的少之又少，但絕對(duì)不能不提，否則守恒條件就不完整。我在課堂上和學(xué)生共同分析光滑水平面上小球壓縮輕質(zhì)彈簧的過(guò)程系統(tǒng)內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，學(xué)生便接受了“彈力做功”這個(gè)條件。

以上教學(xué)策略是基于我在工作中積累的經(jīng)驗(yàn)所提出的，一切以學(xué)生易接受、學(xué)得會(huì)為主，注重教學(xué)的實(shí)效性，難免存在片面性和不足之處，望各位同仁指正。

（作者單位：吉林省松原市前郭爾羅斯蒙古族自治縣第五中學(xué)，吉林 松原138000）