能量教學(xué)中的常用方法

姚國(guó)良

摘? ? 要：能量問(wèn)題是一類(lèi)綜合性問(wèn)題，存在于高中物理的每個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也能很好地聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，探索能量教學(xué)中的各種方法對(duì)于樹(shù)立學(xué)生科學(xué)的世界觀(guān)，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)意義重大。近幾年，能量相關(guān)的習(xí)題在各類(lèi)考試中出現(xiàn)的頻率很高，形式也靈活、多變。下面就能量教學(xué)中常用的幾種方法進(jìn)行舉例分析，并進(jìn)行歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：能量問(wèn)題;高中物理;對(duì)策

一、歸納法

基于一個(gè)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行歸納，應(yīng)用得出的結(jié)論解決類(lèi)似的問(wèn)題。通過(guò)簡(jiǎn)單的題目使學(xué)生掌握能量的概念及轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)行歸納理解，進(jìn)而達(dá)到較熟練掌握來(lái)解決復(fù)雜物理問(wèn)題的目的。

例一：如圖所示，質(zhì)量為m的物體在水平傳送帶上由靜止釋放，傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，始終保持以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，物體過(guò)一會(huì)兒能保持與傳送帶相對(duì)靜止，在這一過(guò)程中電動(dòng)機(jī)多消耗的電能是多少？

解析：我們可以把此題分解為下面幾個(gè)題目：

1、摩擦力對(duì)物體做的功為多少？

2、物體的動(dòng)能增加多少？

3、傳送帶克服摩擦力做的功為多少？

4、電動(dòng)機(jī)多消耗的電能是多少？

5、系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能是多少？

先引導(dǎo)學(xué)生得出：

1、摩擦力對(duì)物體做的功W=物體增加的動(dòng)能Ek=μmgS1=? ?mv2（動(dòng)能定理）

2、傳送帶克服摩擦力做的功μmgS2=2μmgS1=mv2

（傳送帶位移S2=VT，物體位移=? VT，S2=2S1）

3、由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能Q=μmg（S2-S1）=μmgS1=? mv2

由功能關(guān)系得出：

多消耗電能E等于傳送帶克服摩擦力做的功2μmgS1=mv2

也可以根據(jù)能量守恒定律得出：多消耗電能E=Q+Ek=mv2

在此基礎(chǔ)上歸納出結(jié)論：

1、v0=0，2、水平傳送帶足夠長(zhǎng)的條件下：

Ek=Q=E/2，即物塊獲得多少動(dòng)能系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生多少內(nèi)能。然后利用該結(jié)論來(lái)進(jìn)一步解決一些較難的能量問(wèn)題。

二、類(lèi)比法

將一些較復(fù)雜的模型類(lèi)比成常見(jiàn)的簡(jiǎn)單模型，進(jìn)而解決問(wèn)題。

例二：起跳摸高是學(xué)生經(jīng)常進(jìn)行的一項(xiàng)體育活動(dòng).一質(zhì)量為m的同學(xué)彎曲兩腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，從該同學(xué)用力蹬地到剛離開(kāi)地面的起跳過(guò)程中，他的重心上升了h，離地時(shí)他的速度大小為v.試分析，該過(guò)程中人的機(jī)械能從何而來(lái)？

解析：關(guān)于此類(lèi)問(wèn)題很多學(xué)生會(huì)錯(cuò)誤的認(rèn)為人獲得的機(jī)械能是地面對(duì)人做的功而來(lái)的。根據(jù)做功的定義可知因?yàn)闆](méi)有位移，所以地面對(duì)人沒(méi)有做功。但很多學(xué)生把會(huì)把人的重心移動(dòng)的距離，看成力作用在物體（腳底）上移動(dòng)的距離，而這顯然是違反了功的定義。人所獲得的機(jī)械能實(shí)際上是從人的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。這就如一端帶小球的輕彈簧豎直放在地面上，用手把彈簧壓縮一段距離使彈簧獲得彈性勢(shì)能，即類(lèi)比人具有的化學(xué)能。放開(kāi)手后彈簧彈力做功把彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的機(jī)械能，類(lèi)比為肌肉間作用力做功把人的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人的機(jī)械能。由于學(xué)生對(duì)彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球機(jī)械能的問(wèn)題較熟悉，通過(guò)這樣的類(lèi)比方法，就使學(xué)生較容易理解人的化學(xué)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，使類(lèi)比法成為學(xué)生解決能量問(wèn)題的一種重要思維方式。

三、等效法

在有些物理問(wèn)題中，分析對(duì)象通常不是一個(gè)簡(jiǎn)單的質(zhì)點(diǎn)，在分析中，研究對(duì)象的選擇會(huì)給學(xué)生帶來(lái)很大困擾。因此，采用等效法的來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題也不失為一種良策。

例三：如圖所示，露天娛樂(lè)場(chǎng)空中列車(chē)是由許多節(jié)完全相同的車(chē)廂組成，列車(chē)沿光滑水平軌道行駛，然后滑上一固定的半徑為R的空中圓形光滑軌道若列車(chē)長(zhǎng)為L(zhǎng)（L>2πR），R遠(yuǎn)大于一節(jié)車(chē)廂的長(zhǎng)度和高度那么列車(chē)在運(yùn)行到圓形光滑軌道前的速度至少要多大才能使整個(gè)列車(chē)安全通過(guò)固定的圓形軌道？

解析：整個(gè)列車(chē)能安全通過(guò)固定的圓形軌道， 由重力提供向心力，可求列車(chē)在最高點(diǎn)的最小速度V（或動(dòng)能? mv2）。根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，此時(shí)列車(chē)應(yīng)有最大重力勢(shì)能，所以此題的關(guān)鍵是怎樣求出列車(chē)的最大重力勢(shì)能。此時(shí)可用等效法來(lái)幫助學(xué)生理解：當(dāng)圓軌道未被列車(chē)全部占滿(mǎn)時(shí)，列車(chē)的重力勢(shì)能還沒(méi)有達(dá)到最大，只有當(dāng)列車(chē)全部占滿(mǎn)圓軌道時(shí)，列車(chē)具有最大的重力勢(shì)能。將環(huán)繞在圓形軌道上的列車(chē)等效成一段質(zhì)量分布均勻的圓環(huán)，這個(gè)圓環(huán)的重心正好在圓形軌道中心，選取地面為零勢(shì)能面，此時(shí)圓環(huán)的重力勢(shì)能為EP=2πR2mg/L，此時(shí)列車(chē)的機(jī)械能才是列車(chē)安全通過(guò)固定的圓形軌道所需的最小機(jī)械能，然后根據(jù)機(jī)械能守恒定律求出列車(chē)的最小初速度。

解決能量問(wèn)題的途徑還有很多，以上的幾個(gè)案例只是解決能量問(wèn)題的部分方法，沒(méi)有哪種方法能萬(wàn)能的，關(guān)鍵是要弄清做功和能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程。教學(xué)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，有待于我們積極改進(jìn)，不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]占亞保.高中物理“傳送帶問(wèn)題”的教學(xué)策略與方法.教育與教學(xué)研究.2013

[2]張德新;王虹.確立研究對(duì)象 分析多耗能量.學(xué)周刊.2018

本文系2018年莆田市教師進(jìn)修學(xué)院教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度立項(xiàng)課題《基于核心素養(yǎng)下的能量教學(xué)研究》（申報(bào)標(biāo)號(hào)214）的研究成果之一。