基于物理知识自结构的能量专题复习策略分析

周晓波

摘 要：对于高中物理复习而言，能量专题是难点，基于物理知识自结构的复习应该是系统化地建构基础知识、基本技能，循序渐进地提升学生解决问题的能力的过程。

关键词：建构认知；概念；问题

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）8-0008-3

高三物理能量专题有着综合性强、知识密度高的特点，也是学生复习的难点。笔者认为从以下两个层面引导学生进行复习，能有效减轻学生的负担，化解难点，提高复习效率。

1 系统化建构认知，夯实学生基础

（1）课前准备

教师引导学生在正式学习之前，利用教材与相关教辅，将已学的各种能量形式以及所学过的运动模型罗列出来，并进一步将对应运动模型中的能量转化关系进行梳理，为课堂学习做好准备。正式教学过程中，教师让学生对功能关系的理解进行交流，对错误认识进行纠正，以合作交流的方式充分调动学生学习的积极性，将传统的被动学习转变为主动学习。

（2）学生能量概念理解方面的障碍分析

学生肯定存在概念理解不够透彻的地方，特别是在电势能和分子势能等较为抽象的概念上，学生初次学习时的有关认知就比较模糊。复习阶段，教师更要引导学生通过类比的方法，将电势能、分子势能等抽象模型与重力势能和弹性势能进行比较，并辅以恰当的例题进行巩固，帮助学生强化相关认知。并且，在此情形下，教师要控制问题的难度，不能将难题和怪题拿出来混淆学生对概念的理解。

（3）学生功能关系理解方面的障碍分析

纯粹的力学问题中涉及到的功能关系较为简单，学生的掌握和理解都比较到位，但是牵扯到电磁学方面的功能关系就给学生的认识和理解带来一定的困难。相比而言，导体杆在匀强磁场中进行切割磁感线的运动过程中，安培力做功与能量的转化关系还比较直观。但是，如果是线圈在磁场中旋转切割的情形：例如，发电机和电动机模型，因为转化过程可能涉及到多种类别的能量，学生的理解难度也就大大提升。此种情形下，教师还是要引导学生按照由简单到复杂、由单一到组合的模式来逐个分析，先针对某个力做功与对应能量的转化来把具体情形认识清楚，帮助学生构建较为清晰和简洁的功能对应关系。

（4）区分能量守恒的不同表述

教师要帮助学生以简单直观的例子来对能量守恒的几个常见形式进行认知构建。例如，在只有重力做功或弹力做功的过程中，系统内部只发生势能与动能的相互转化，因此，机械能总量不变。在滑动摩擦力做功的过程中，系统内会发生机械能与内能的相互转化，而机械能与内能之和不变。闭合电路中，电路的总功率等于内外电路的功率之和。物体内能的改变方式有两种，某系统的内能改变量等于该系统的吸热量与外界对其做功的和。此外，光电效应和原子跃迁中的相关理论也属于能量守恒的基本表述之一，复习阶段可以和学生一起进行梳理和总结。

2 循序渐进组织例题，提升分析能力

高中复习阶段有关于能量的问题往往体现着较强的综合性，但是这实际上属于分析角度的问题。在学生复习过能量的基础知识之后，教师可以提供例题，创建一些较为复杂的情境，引导学生从能量的角度来思考问题。

（1）帮助学生形成运用能量观点解决问题的思路

高中阶段很多力学问题有着这样的特点，既可以用牛顿定律结合运动学知识进行处理，也可以运用能量观点进行解析。对此，教师可以选择此类典型例题，引导学生在分析过程中建立能量视角解决问题的基本思路。一般来讲，这一思路包括以下环节：①选定恰当的研究对象（一般是系统）；②明确过程中涉及到哪些能量发生相互转化；③分析各类型能量的变化情况；④绘制能量转化关系图或是建立相关方程。

例1 如图1所示，粗糙斜面处于水平向右的匀强电场中，一根弹簧通过支架固定在斜面的底端，上端连接一个滑块，该滑块带正电，已知滑块经过b点时正是弹簧的原长位置，现将弹簧拉伸到a点后由静止状态释放，则滑块从a点运动到b点的过程中（ ）

A. 滑块克服电场力所做的功等于系统的机械能减量和生成内能的差值

B. 重力对滑块所做的功等于其动能、电势能以及摩擦生热的总和

C. 系统的机械能减量等于系统内能与电势能的增量之和

D. 滑块经过b点时，系统有最小的机械能

分析 本题处理时必须先明确滑块在运动过程中的受力情况：重力、弹簧弹力、支持力、滑动摩擦力以及电场力，5个力中支持力不做功，重力与弹簧弹力对滑块做正功，滑动摩擦力与电场力对其做负功。为了帮助学生从能量的角度理解这一问题，教师可以引导他们画出能量转化关系图（如图2所示）。

由关系图可分析题中的相关过程：重力和弹簧的做功总和与滑块动能增量、电势能增量以及系统的内能增量总和相等；滑块克服电场力所做功等于其电势能增量，电势能增量与系统内能增量之和应该等于系统机械能减量；滑块所受电场力与滑动摩擦力在上述情境做负功则导致系统机械能减小。因此，滑块到达b点时系统机械能最小。总体而言，系统总能量必然守恒。因此，系统的机械能减量必然与电势能、内能总的增量相等。因此，本题只有B选项错误，其他3个选项都正确。经过上述关系图的分析，相关内容一目了然。

（2）帮助学生形成能量观点的解题意识

教师在组织例题时，还要有意识地组织一些运用牛顿定律或者能量观点均能解决的问题，而且前一种处理方法较为繁琐，后一方法较为简单的问题，让学生对比两种解题思路，进而凸显能量观点解题的优越性，提升学生对能量方法的使用兴趣。然后，教师再为学生提供一些只能运用能量观点解决的问题，帮助学生强化能量观点的解题意识，最终让学生适应多角度思考问题的方式。

例2 如图3所示，有两根长度为l的金属杆，电阻值均为R，其中ab杆质量为M，cd杆质量为m，且ab杆质量较大，并用电阻与质量均可不计的两根导线将其连接成回路，挂在一光滑绝缘水平支架上。两条金属杆也均位于水平位置，现将整个装置放入一个与回路所处平面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度为B。求ab杆由静止释放后所能达到的最大速度。

（3）培养学生的综合分析能力

高三阶段有关能量问题的复习，由浅入深地逐步推进到最后阶段，必然涉及到力学、电磁学等内容的综合问题，教师要引导学生有效训练综合分析的思维能力，提升其思维品质。当然，教师依然要注意例题的选择，以便学生能从研究对象、过程分段以及功能关系多角度地对问题进行解构。具体教学中，教师更要提醒学生抓住具体过程中能量变化的特点，引导学生从整体角度把握物体的运动以及变化，分析能量的转移和转化，有效建立“能量观”的综合分析意识。

例3 如图4所示，质量为m的导体杆Ⅰ由静止出发，沿着弧形导轨从距地面高度为h的位置下滑，导轨的水平部分处于竖直向上的匀强磁场之中，同时导轨水平部分还放有导体杆Ⅱ，且其质量为2m，现在忽略导轨电阻以及一切摩擦，且导轨足够长，两导体杆也不发生接触。求：（1）两根金属杆的最终速度为多少？（2）过程中回路总的焦耳热为多少？

参考文献：

[1]刘桂枝.顺学而导 补全原解——基于学生“最近发展区”的“拉船模型”纠错策略[J].物理教师，2013，34（12）：25—26.