“機械能守恒定律”教改嘗試

徐海鵬

(臨夏回民中學 甘肅 臨夏 731100)

在人教版《物理·必修2》的教材中，“機械能守恒定律”是第七章第8節，而“實驗：驗證機械能守恒定律”是第七章第9節，即教材這樣安排的主要意圖是讓學生先學習機械能守恒定律，然后再通過實驗進行驗證.

然而筆者認為，如果把教材內容略做調整，則更容易體現“鼓勵學生大膽參與科學研究，希望學生積極動手、動腦，通過自主的探究活動，學習物理概念和規律”的新課標教學理念.

下面是筆者在反思多年課堂教學的基礎上，以新課標理念為指導，對“機械能守恒定律”的課堂教學進行的教改嘗試.目的是希望學生對高中物理的核心知識點，能做到好學、樂學，從而最終實現高中物理新課程三維目標.

1 教學設想

把驗證實驗“實驗：驗證機械能守恒定律”轉化為探究實驗“探究自由落體運動中動能與重力勢能的關系”，并把此實驗課融合到“機械能守恒定律”的課堂教學中.采用探究式教學法，通過讓學生參與課堂實驗，引導學生設計多種實驗方案來解決物理問題，這樣既體現了學生在課堂中的主體參與性和創造性，又使他們在潛移默化中學習到物理知識，更重要的是了解了物理學的研究方法.

2 教學過程

2.1 對自由落體運動中動能與重力勢能關系的探究

(1)復習已學知識，做好實驗準備

通過復習動能、重力勢能的概念，引導學生注意物體自由下落過程中動能、重力勢能的確定方法.

提問：由觀察可知物體自由下落時，其動能增加，重力勢能減少，那自由下落中物體的動能和重力勢能之間有什么樣的定量關系？如何找到這個關系？

(2)設計實驗方案，明確操作步驟

讓學生發揮聰明才智，根據提供的實驗器材畫出實驗裝置簡圖，設計出他們認為最合理、最可行的實驗方案，并在小組內交流討論，確定出小組成員集體認可的實驗方案.

教師可選擇出一些有代表性的實驗方案，并讓方案的設計者通過投影儀講解其實驗設計思路及具體數據處理方法.

方案一：將重物連接紙帶并通過打點計時器，重物下落后在紙帶上打出一系列點.研究紙帶，即可得到物體在每個位置的動能和重力勢能，列成表格，并觀察表格中的數據規律.

方案二：通過打點紙帶研究重物在下落過程中任意兩個位置間動能的變化量及重力勢能的變化量，并確定它們的關系.

(3)進行實驗，處理數據

按照不同的實驗方案進行分組實驗.在實驗過程中對于實驗中遇到的問題或是操作上遇到的困難，教師首先要鼓勵學生通過交流討論，想辦法解決.若遇到的困難比較大或是通過討論后仍沒有解決的問題，教師則進行恰當引導解決.

完成實驗后，選取最為成功的一組數據，填入預先設計好的計算程序表格中，讓計算機完成相應的數據計算，并通過電子白板或投影把結果展示出來(表1,表2).

表1 動能和重力勢能

表2 動能和重力勢能的變化量

(以上表格中的5個研究點為任意選取，亦可按規律選取，對結果不會產生實質影響)

2.2 利用實驗數據進行“機械能守恒定律”教學

(1)緊扣表格數據，引導學生總結機械能守恒

引導學生對表格數據進行橫向、縱向的觀察和分析，通過小組內的討論交流，最后由小組代表做總結發言.

在這里教師可用“看看哪個小組能發現更多的規律”等類似的語言來鼓勵競爭，從而更好地促進學生對知識點的興趣.

學生能總結出的規律大致如下：

1)動能增加，重力勢能減少.

2)動能與重力勢能之和基本上是不變的.

3)動能的變化量和重力勢能的變化量大致相同.

4)動能與重力勢能之和隨著下落過程略微減少.

5)重力勢能的變化量略大于動能的變化量.

(2)趁熱打鐵，點明機械能守恒

結論1)、2)、3)表明：物體在自由下落過程中，動能與重力勢能間相互轉化，在轉化過程中動能與重力勢能的和是不變的，即機械能守恒.

機械能守恒有兩個核心的表達式

動能+重力勢能=恒量

動能的變化量=重力勢能的變化量

(3)討論“誤差”原因，找出機械能守恒條件

結論4)、5)表明：在我們的實驗中機械能只是近似守恒，為什么？

除去由于測量和計算產生的誤差以外，學生應該很容易找到4)、5)這種“誤差”就是由于重物下落過程中的各種無法消除的摩擦阻力造成的.

從而很容易得出機械能守恒的關鍵條件即沒有摩擦阻力，只在重力作用下.

(4)機械能守恒定律

內容：在只有重力或彈力做功的物體系統內，動能與勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變.

條件：只有重力或彈力做功，其他力不參與做功或做功可忽略.

表達式：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2ΔEk=ΔEp

3 教學反思

新課標的三維目標，不應只停留在書面上或口頭上，而是教師要通過不斷地嘗試，給學生創造參與科學探究的機會，使學生有感受、有體驗，從而樂于把書本知識內化為自己的知識.

筆者的這次教改嘗試，以探究物理規律為出發點，以實驗活動為中心，以分析實驗、總結實驗為核心，通過讓學生設計實驗、操作實驗、總結實驗，使學生的情感、興趣都處于積極興奮狀態，并把觀察、分析、講解、實驗、運用有機地結合起來，促使學生實現認識上的轉化與飛躍，從而真正實現新課標的三維目標.

另外，本次嘗試特別注重實驗與多媒體輔助教學的結合，尤其是實驗原始數據處理為表格數據的計算過程，由于計算量很大，若沒有有效的多媒體輔助手段，則無法在短時間內得到實驗的結論，當然教學目標就更無從談起.用計算機分析處理數據，除了可以節省時間，增加課堂容量，還可以讓學生感受到現代科學技術在物理學研究中的重要性.

本次嘗試的另外一個關鍵就是對教材內容進行了調整和整合，把原先的驗證實驗調整到前面，整合為一個探究實驗，從而讓學生感覺到“機械能守恒定律”這樣一個重要的定律，并非離自己很遠，而是由他們在實驗和課堂中發現的，從而激發探索創新的強烈欲望，促進其對物理學進一步的研究興趣.

當然本次教改嘗試也有不足之處，從自由落體運動得到機械能守恒規律，以高中生的角度而言探究可以很順利地完成，但作為一個嚴謹物理規律推演過程而言，科學研究的嚴謹性略顯牽強，希望以后能想到更好的方案改進這一點.

總之，以上就是筆者對“機械能守恒定律”教學的一點想法，提出來供大家參考或斧正，若哪位同仁亦有類似想法，請不吝賜教.