能量教学中的常用方法

姚国良

摘    要：能量问题是一类综合性问题，存在于高中物理的每个环节，同时也能很好地联系生产、生活实际，探索能量教学中的各种方法对于树立学生科学的世界观，培养可持续发展的意识意义重大。近几年，能量相关的习题在各类考试中出现的频率很高，形式也灵活、多变。下面就能量教学中常用的几种方法进行举例分析，并进行归纳总结。

关键词：能量问题;高中物理;对策

一、归纳法

基于一个运动模型进行归纳，应用得出的结论解决类似的问题。通过简单的题目使学生掌握能量的概念及转化过程，进行归纳理解，进而达到较熟练掌握来解决复杂物理问题的目的。

例一：如图所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，在这一过程中电动机多消耗的电能是多少？

解析：我们可以把此题分解为下面几个题目：

1、摩擦力对物体做的功为多少？

2、物体的动能增加多少？

3、传送带克服摩擦力做的功为多少？

4、电动机多消耗的电能是多少？

5、系统产生的内能是多少？

先引导学生得出：

1、摩擦力对物体做的功W=物体增加的动能Ek=μmgS1=   mv2（动能定理）

2、传送带克服摩擦力做的功μmgS2=2μmgS1=mv2

（传送带位移S2=VT，物体位移=  VT，S2=2S1）

3、由于摩擦而产生的内能Q=μmg（S2-S1）=μmgS1=  mv2

由功能关系得出：

多消耗电能E等于传送带克服摩擦力做的功2μmgS1=mv2

也可以根据能量守恒定律得出：多消耗电能E=Q+Ek=mv2

在此基础上归纳出结论：

1、v0=0，2、水平传送带足够长的条件下：

Ek=Q=E/2，即物块获得多少动能系统就会产生多少内能。然后利用该结论来进一步解决一些较难的能量问题。

二、类比法

将一些较复杂的模型类比成常见的简单模型，进而解决问题。

例二：起跳摸高是学生经常进行的一项体育活动.一质量为m的同学弯曲两腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中，他的重心上升了h，离地时他的速度大小为v.试分析，该过程中人的机械能从何而来？

解析：关于此類问题很多学生会错误的认为人获得的机械能是地面对人做的功而来的。根据做功的定义可知因为没有位移，所以地面对人没有做功。但很多学生把会把人的重心移动的距离，看成力作用在物体（脚底）上移动的距离，而这显然是违反了功的定义。人所获得的机械能实际上是从人的化学能转化而来的。这就如一端带小球的轻弹簧竖直放在地面上，用手把弹簧压缩一段距离使弹簧获得弹性势能，即类比人具有的化学能。放开手后弹簧弹力做功把弹性势能转化为小球的机械能，类比为肌肉间作用力做功把人的化学能转化为人的机械能。由于学生对弹性势能转化为小球机械能的问题较熟悉，通过这样的类比方法，就使学生较容易理解人的化学能与机械能的转化，使类比法成为学生解决能量问题的一种重要思维方式。

三、等效法

在有些物理问题中，分析对象通常不是一个简单的质点，在分析中，研究对象的选择会给学生带来很大困扰。因此，采用等效法的来解决此类问题也不失为一种良策。

例三：如图所示，露天娱乐场空中列车是由许多节完全相同的车厢组成，列车沿光滑水平轨道行驶，然后滑上一固定的半径为R的空中圆形光滑轨道若列车长为L（L>2πR），R远大于一节车厢的长度和高度那么列车在运行到圆形光滑轨道前的速度至少要多大才能使整个列车安全通过固定的圆形轨道？

解析：整个列车能安全通过固定的圆形轨道， 由重力提供向心力，可求列车在最高点的最小速度V（或动能  mv2）。根据机械能守恒定律可知，此时列车应有最大重力势能，所以此题的关键是怎样求出列车的最大重力势能。此时可用等效法来帮助学生理解：当圆轨道未被列车全部占满时，列车的重力势能还没有达到最大，只有当列车全部占满圆轨道时，列车具有最大的重力势能。将环绕在圆形轨道上的列车等效成一段质量分布均匀的圆环，这个圆环的重心正好在圆形轨道中心，选取地面为零势能面，此时圆环的重力势能为EP=2πR2mg/L，此时列车的机械能才是列车安全通过固定的圆形轨道所需的最小机械能，然后根据机械能守恒定律求出列车的最小初速度。

解决能量问题的途径还有很多，以上的几个案例只是解决能量问题的部分方法，没有哪种方法能万能的，关键是要弄清做功和能量的转化过程。教学是一个长期的过程，有待于我们积极改进，不断完善。

参考文献：

[1]占亚保.高中物理“传送带问题”的教学策略与方法.教育与教学研究.2013

[2]张德新;王虹.确立研究对象 分析多耗能量.学周刊.2018

本文系2018年莆田市教师进修学院教育科学“十三五”规划2018年度立项课题《基于核心素养下的能量教学研究》（申报标号214）的研究成果之一。