机械能守恒定律的教学体会

余欢　李帖

摘  要：本文从内容简析、弹力的说明、守恒背景下的不守恒三个方面出发，对在进行机械能守恒定律教学时存在或者产生的疑惑进行了反思与论证。

关键词：机械能守恒定律  体会

中图分类号：G633.7         文献标识码：C            文章编号：1672-1578（2019）11-0102-01

人教版必修二第七章第8节为《机械能守恒定律》 ，在进行本节内容的教学时，产生了一些体会，在此做以分享。

1   内容简析

1.1 定律内容

在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。这叫做机械能守恒定律。

1.2 “或”的解读

或按照新华字典的注释，有以下几种意思：（1）也许，有时，表示不定的词：如：或许;（2）a.也许;b.连词，用在叙述句里，表示选择关系。均亦单用“或”。如：或者;（3）某人，有的人。如：或告之曰;（4）稍微：如：不可或缺。

“或”在此处，若非要在以上的注释中选一种加以理解的话，仅能理解为表示选择关系较为合适，则可以认为只有重力做功，或者只有弹力做功时，系统的机械能保持不变。不能出现重力和弹力同时做功的情况，这显然是不合适的。举例如下：

例1：如图1所示，给弹簧下方悬挂着的小球施加一初速度，使得小球上下往復振动。

在此过程中对小球、弹簧、地球组成的系统而言，重力和弹簧弹力均做功，但是系统的机械能守恒。

由上例乃至更多的例子可知，此处的“或”不应该理解为表示选择关系，而应该改理解为数学逻辑语言中的“或”，即只有重力做功，或者只有弹力做功，或者只有重力和弹力同时做功时，系统机械能守恒。

2   弹力的说明

在教学过程中，由于受初学者的理解能力限制，也因为本部分问题的特点，为了便于学生理解，为了学生解决问题方便，一线教师常常把弹力直接界定为弹簧弹力，这样做在学生刚开始学习时是有效的。但随着学生理解能力的提升，尤其是高三复习阶段，一定要给学生予以澄清。此处的弹力不仅仅指弹簧弹力，更应该包括学生所学的其他弹力。现用例2做以简单说明。

例2：如图2，光滑水平面上放置一质量为M，倾角为θ的光滑斜面，斜面上放置一质量为m的物块，物块从静止沿斜面下滑。假设斜面对物块的弹力大小为N，方向垂直于斜面向上，物块对斜面的弹力大小为N′，方向垂直于斜面向下，由牛顿第三定律可：N′=N. 此时物块的对地位移如图，大小为x1，方向与斜面夹角为α，斜面的位移为x2，方向水平向右。

根据题设，有：

斜面对物块的弹力对物块做的功为：WN=-Nx1sinα;

物块对斜面的弹力对斜面做的功为：WN=N′x2sinθ;

根据几何关系有：x1sinα=x2sinθ;

由此可知，当研究对象为M、m与地球构成的系统时，弹力N′和N作为系统内力，一个对系统做正功，一个对系统做负功，且正功、负功的大小相等，对系统不做功，所以系统的机械能守恒。

由例2可以说明，机械能守恒定律中的弹力不仅指弹簧弹力，更应该包括所有弹力。

3   守恒背景下的不守恒

在机械能守恒的背景下，常常出现一些灵活的问题，在分析问题时，特别需要关注所研究的对象。

如，在例1中，若考虑小球的机械能（一般研究小球，则默认为小球与地球构成的系统），则因为有弹簧对小球做功，小球机械能并不守恒。

又如，例2中，对于M与m构成的系统，机械能是守恒的，但是当研究对象为M时，弹力N′对其做正功，机械能增加，不守恒;当研究对象为m时，弹力N对其做负功，机械能减小，不守恒。

因此，在分析机械能守恒背景下的相关问题时，一定要注意所要研究的对象，否则就会掉入以守恒为背景的“不守恒”陷阱。

参考文献：

[1] 余潘.探索“提问题、促探究”的高效课堂——“机械能守恒定律”教学评析[J].物理教师，2016（11）.

[2] 樊杰.高效物理探究教学的“四位”策略[J].物理教学探讨，2012（04）.

[3] 刘楚良.机械能守恒定律的几个常见的理解误区[J].中学物理，2016（03）.