浅谈《机械能守恒定律》的教学策略

杨春华

摘要：《机械能守恒定律》是高中物理课程中的经典课程，经典之处在于：动能与势能的相互转化实例分析、理论推导机械能守恒定律、总结机械能守恒条件和应用机械能守恒定律解决实际问题。但在实际教学中发现，学生对定律的理解和应用往往并未达到预期效果。这说明教师的教学还是有所欠缺的。本文结合笔者多年的一线教学经验，谈谈《机械能守恒定律》这节课运用的一些教学策略。

关键词：物理教学;机械能守恒定律;教学策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）23-042

对于新课的引入，多数教师用单摆“碰鼻”实验或者“伽利略理想斜面”装置，两者物理原理相同，只是形式不同，也都能很好地联系本课内容，但个人主张用单摆比较好。经过多次实验发现，单摆受空气阻力非常小，往复摆动几次仍能十分接近“鼻子”。而“伽利略理想斜面”效果就相对差一些，小球第一次的往返已经可以观察到未到达原高度，根本原因是滚动摩擦远比单摆所受空气阻力的影响大。这种情况下，若硬性说成“机械能守恒”，本身是不科学的，自然起不到引导新课的作用。此外，还有一个被很多物理教师忽略的细节，那就是引课时要对实验进行渲染，可以用语言也可以是肢体，力争把学生带入相应的物理情境中，让他们真正参与到实验中，感受物理现象给他们带来的视觉冲击，体会到现象背后蕴含某种科学道理，这样的引课才是成功的。

关于动能与势能相互转化的实例很多，但教师在举例时一定要注意三点：一是严密性，二是相互性，三是全面性。所谓严密性，是指所举实例必须只有动能和势能转化，不能涉及其他能量参与。例如最熟悉的滑雪运动，说它是势能转化为动能，其实是不严密的，因为滑雪时人要借助雪仗加速或转向，这样就有外力对系统做功，动能与势能的转化不是等值的，并非我们所说的“守恒”。再如投出去的篮球，上升过程中动能转化为势能，也是不严密的，因为篮球存在自身转动，转动带来的影响是不能忽略的。把不严密的实例呈现给学生，不利于教学，不利于学生理解“守恒”思想。要做到严密，就需要教师在选择实例时慎重，不能把模棱两可的物理现象带进课堂。比较好的实例有自由落体运动、上抛运动、平抛运动。研究对象尽量是“质点”，避免出现转动情况。教师还应该突出强调“忽略空气阻力”这一条件，每个实例都要强调。可见，严密不仅是实例本身的严密性，还要做到运动条件的严密性。相互性指的是不能只举动能转化为势能的实例，也不能只举势能转化为动能的实例。因为动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能，“相互”转化是它们之间转化的“特点”，课堂上一定要凸显出来，不要让学生误解为动能、势能转化具有方向性。实际教学中，可以多举几个实例，也可以细致分析上抛运动，把上升和下落两个过程分开研究，自然就能够体现出“相互性”。全面性指的是，不但要举例说明重力势能与动能可以相互转化，还要举出弹性势能和动能相互转化的实例。生活中接觸重力势能较多，所以授课时也习惯列举重力势能与动能间的相互转化，但势能包括重力势能和弹性势能，不提及弹性势能与动能间的相互转化是不科学的、不完整的。学生对弹性势能的理解本来就很困难，教学中若是再避而不谈，只能使之难上加难。

在推导机械能守恒定律时，通常以小球沿光滑斜面自由向下滚动为例，取运动过程中两个位置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。通过移项可得：mgh1+12mv21=mgh2+12mv22，其物理意义为：小球在初位置A的机械能等于末位置B的机械能。但要注意的是，以上过程只能证明A、B两点的机械能相等，不足以证明“守恒”。因为守恒的意义是物体在任意时刻、任意位置的机械能总量都保持不变，强调的是“任意性”，授课时应该把它作为教学重点进行讲解，是不可忽略的细节问题，否则将会使学生产生机械能“守恒”就是物体过程的初末位置机械能“相等”的误区。对此，我的教学策略是：把证明过程由斜面过渡到曲面，结合自由落体运动、平抛运动，对不同运动形式都强调“任意”位置和只有重力做功的前提下，均加以证明。因为学生有了一定基础，完全理解了斜面上的推导过程，这种类别证明思想是可以接受的。

本课的另一个教学重点是机械能守恒条件，由于是新授课，只要把“只有重力或弹力做功”提炼出来即可。我在教学中选择逐步渗透的方法，每一个实例分析、每一个证明过程都强调“只有重力做功”，直到最终得出机械能守恒条件为止，这种“润物细无声”的作用很有效，学生接受起来不唐突。高中阶段弹力做功的系统内机械能守恒虽然涉及的少之又少，但绝对不能不提，否则守恒条件就不完整。我在课堂上和学生共同分析光滑水平面上小球压缩轻质弹簧的过程系统内能量转化关系，学生便接受了“弹力做功”这个条件。

以上教学策略是基于我在工作中积累的经验所提出的，一切以学生易接受、学得会为主，注重教学的实效性，难免存在片面性和不足之处，望各位同仁指正。

（作者单位：吉林省松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县第五中学，吉林 松原138000）