新课程背景下能量问题的探讨

郑洪均（福建省泉州市永春华侨中学）

新课程背景下能量问题的探讨

郑洪均
（福建省泉州市永春华侨中学）

能量问题的教与学是高中物理中的一个重难点，对高中能量问题的教与学现状入手，抓本质，分析规律。提出利用动能定理与机械能守恒定律结合，创新的开辟使用能量守恒的方法进行教与学。通过结合分析物体的受力情况，列出物体初末状态机械能。中间除重力外的其他力做功即为物体的机械能变化量的原因所在。让学生理解机械能变化的原因，能量转化到哪里去。将抽象的概念转化为直观、明朗的能量关系。从现象到本质的方法，也是高中物理分析题目，构建解题思路的重要方法途径之一。通过实际授课，发现确实能够使学生更容易理解能量间的相互转化，更好地掌握能量规律，更好地运用能量守恒方法求解出题目。

能量；转化；守恒；动能定理；机械能

能量的转化与守恒是高中物理必须掌握的主干知识，是高考的考点和热点，考查重点不停留于基本概念的理解，而是重在知识的应用和分析解决物理问题，在整个高中物理中所占地位非同一般。高中物理教学中如何指导学生通过能量方法来构建物理知识框架模型，应用能量守恒的方法使题目化繁为简，使学生更直观明了地掌握物理知识间的联系是个难题。新课程背景下，在高中物理教学中科学、高效地指导学生掌握能量规律与方法，对于提高学生的认知水平，分析问题、构建物理模型解决问题的能力有着重要意义。

一、解剖现状，熟悉功能关系

学生对高中所学的能量基础知识掌握不够全面，能量间的转化关系不清楚，无法构建准确的能量知识框架，是新课程背景下教学中的突出问题。

1.充分了解功和能之间的关系

不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化（或转移）的过程。且做了多少功，就有多少能量发生转化（或转移）。因此，功是能量转化的量度。其中，恒力做功可用W=FScosα求解，变力做功通过能量转变关系来求解。

2.了解能量的基本规律和定理

动能定理指合外力所做的功等于物体动能的改变。表达式：W合=EK2-EK1，其中W合=W1+W2+W3+…或W合=F合Scosα。EK2其中表示物体的末动能，EK1表示物体的初动能。

动能定理的特点：动能定理适用于宏观低速的各种运动情况。机械能守恒定律是指在只有重力做功情况下，物体的动能与重力势能和弹性势能都可以发生相互转化，但机械能总量不变。那就意味着除了重力外其他力做功，物体的机械能将不守恒。那么，增加或减小的机械能即为除重力外的其他力做功的总量。

3.深刻理解定理和定律的内涵

动能定理中涉及各个力做功情况，但不涉及势能，尤其是题目有阻力做功，同时又给出重力势能多少时，就无法直接使用动能定理列方程式。必须通过重力做功与重力势能转化关系来判断重力做功多少，过程中做功与势能关系学生很容易判断出错。动能定理的使用，仅规定合外力做功与动能的关系，没有直观地阐释物体动能与势能转化之间的关系。

机械能守恒定律中，形象地阐释了动能与势能之间的转化关系。学生理解掌握相对比较容易。但机械能守恒的条件要求只有重力或弹力做功时才能守恒，一旦出现有阻力做功时，就无法使用机械能守恒定律，存在明显的不足。

动能定理与机械能守恒定律两种方法有各自的优点，也有各自的不足与局限性，在教学过程中，如何形象地使学生了解能量间的转化关系，指导学生综合利用能量方法来列方程式求解，对教师提出了较高的要求。

二、深度剖析，提取能量精粹

1.能量转化的几种常见类型

除重力外只有弹簧弹力做功，物体机械能与弹簧弹性势能相互转化。除重力外，如果只有滑动摩擦力做功，做正功时物体机械能增加，摩擦力做负功时，机械能减少。除重力外只有电场力对宏观物体做正功，物体机械能增加，负功时，机械能减少。除重力外，只有安培力做正功时机械能增加，负功时，机械能减少，等等多种力做功导致的机械能改变。物体机械能发生改变的量度等于除重力外的其他力做功的多少。单个物体机械能发生改变，但是整个系统能量是守恒的，满足能量守恒定律。

2.抓住本质，创新解题方法

根据能量守恒定律，能量不会凭空产生也不会凭空消失。如果除重力外其他力不做功或做功之和为零，则初状态的机械能将会等于末状态的机械能；若除重力外其他力做正功，则外界给物体转移或转化入能量，机械能增加；若除重力外其他力做负功，物体的能量损失，则物体的机械能就会减少。重力以外的其他力所做的功是机械能改变的量度。能量守恒定律关系是：初状态机械能+WG外=末状态机械能，其中初状态机械能为初状态的动能与重力势能之和，WG外为除重力外的其他力做功之和，末状态机械能为末状态的动能与重力势能之和。

能量守恒定律示意图如图所示：

讨论带电粒子在电场中运动的能量守恒问题，只需将初、末状态的能量加入电势能即可。电势能变化等于电场力做功，由于一般微观带电粒子不考虑重力，可以去掉重力势能。

三、分析典例，实现举一反三

如下图所示，水平地面光滑，固定的倾斜角为θ的粗糙斜面顶端装有一个轻弹簧，地面上质量为m的物体以速率υ向左滑行并冲上斜面，压缩弹簧至B点时弹簧最短，B点离地面的高度为h，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，求弹簧压缩至B点时的弹性势能EP。

解析：分别选取出发位置与B点为初、末位置，初位置为零势能面。依题意可知，物体初状态只具有速度υ，初状态只具有动能mv2，末状态只具有高度h，物体末状态能量只具有重力势能mgh，整个过程除重力做正功外，摩擦力做负功损失能量-μmg， mv2-弹簧弹力做负功使物块减少，能量转化为弹簧的弹性势能-EP，据能量守恒有，解得弹性势能

综上所述，从能量基础知识的构建，到揭示能量本质规律，再到综合分析提高应用能力，有意识引导学生在新课程背景下通过能量守恒角度分析问题、处理问题，不仅能比较直观、简便，更能使学生从理解的基础上更高层次来把握物理规律，开阔思路，切实提高分析问题和解决问题的能力，从而提升教与学的效果。

［1］夏锡良.对“动能和动能定理”教学的几点思考［J］.物理教师，2007（5）.

［2］台字利.能量教学中应注意的几个问题［J］.延边教育学院学报，2005（4）.

［3］赵丽.高中物理教学要突出能量守恒主线［J］.内蒙古师范大学学报：自然科学汉文版，2003（S1）.

·编辑薄跃华