機(jī)械能守恒定律論文

發(fā)揮物理學(xué)科特色培養(yǎng)學(xué)生探究能力以《機(jī)械能守恒定律》為例［摘要］實(shí)驗(yàn)既是物理學(xué)形成和發(fā)展的基礎(chǔ)，又是重要的物理教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)開展探究教學(xué)，開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程資源，充分挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)中的探究功能，優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生探究的意識，從而有利于培養(yǎng)學(xué)生探究能力，有利于進(jìn)一步提高學(xué)科教學(xué)質(zhì)量。［關(guān)鍵詞］物理實(shí)驗(yàn)探究能力探究是科學(xué)發(fā)展和科學(xué)教育的有效途徑，新課程強(qiáng)調(diào)用探究的方式學(xué)習(xí)科學(xué)。物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中必不可少的重要手段。如何利用教材中實(shí)驗(yàn)素材和開發(fā)實(shí)驗(yàn)資源開展探究性學(xué)習(xí)，讓物理實(shí)驗(yàn)以其獨(dú)特的魅力、豐富的內(nèi)涵在培養(yǎng)學(xué)生探究能力方面發(fā)揮著不可替代的作用，是每一個(gè)物理教師應(yīng)該思考并解決的問題。筆者在課堂教學(xué)中作了一些探索與實(shí)踐，本文以《機(jī)械能守恒定律》一課為例談?wù)剬ξ锢韺?shí)驗(yàn)課程資源的開發(fā)和整合。一、創(chuàng)設(shè)情景，設(shè)疑激趣通過翻滾過山車視頻資料引課，在學(xué)生沉浸于驚險(xiǎn)與刺激中，引導(dǎo)學(xué)生對翻滾過山車原型進(jìn)行合理的假設(shè)，通過簡化處理，建立物理模型，再用離心軌道（如圖）模擬這一運(yùn)動，創(chuàng)設(shè)適于提出問題的情境，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突：⑴翻滾過山車何處最驚險(xiǎn)？⑵如要安全過關(guān)，對釋放高度有何要求？⑶釋放點(diǎn)低于圓軌最高點(diǎn)，行不？（演示之）⑷等高呢？運(yùn)動情景如何？（請學(xué)生描述并演示）.二二■⑸釋放點(diǎn)再高一點(diǎn)？（多次演示，探求臨界點(diǎn)）這樣，通過嘗試的方法雖然確定了該點(diǎn)，但過程機(jī)械重復(fù)，精度不高，能否利用理論分析，通過定量計(jì)算的方法一步到位呢？而通過本堂課的學(xué)習(xí)，將有助于此類問題的解決，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。通過引起視覺沖擊的視頻和后續(xù)模擬實(shí)驗(yàn)，建立具體情景，學(xué)生有了思維的依托，將理性認(rèn)識轉(zhuǎn)化成了親身體驗(yàn)的“感性”認(rèn)識，繼而引導(dǎo)學(xué)生利用該裝置分析能量的轉(zhuǎn)化過程，最后由學(xué)生總結(jié)可以得到：動能和重力勢能是可以相互轉(zhuǎn)化

的。這樣，利用一套實(shí)驗(yàn)裝置有序展開教學(xué)活動，完成多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，有效地提高了課堂教學(xué)效率。再利用如圖裝置，研究滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的振動過程中，動能與彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化，然后墊高氣墊導(dǎo)軌的一端，在滑塊與彈簧的接觸過程中，動能、重力勢能、彈性勢能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。這一墊，拓寬了學(xué)生思路，激活了學(xué)生思維，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更具真實(shí)性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以變式為手段，利用已有器材，改變實(shí)驗(yàn)的初始條件，創(chuàng)設(shè)豐富多彩的實(shí)驗(yàn)情景，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具一般性與普遍意義。二、層層深入，探究規(guī)律那么，在能量轉(zhuǎn)化的過程中，是否遵循一定的規(guī)律？問題是探索性實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)，以問題為內(nèi)核的探索任務(wù)是驅(qū)動學(xué)生自主探索最有效的載體。探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)要把學(xué)生帶入科學(xué)探索的情景中，讓他們親身體驗(yàn)探索新知識的過程。在教學(xué)過程中要注意在實(shí)驗(yàn)問題的提出、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作的過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理時(shí)使學(xué)生發(fā)揮主體作用，讓學(xué)生成為知識的“發(fā)現(xiàn)者”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。1、重錘沖鼻實(shí)驗(yàn)：出示重錘，先演示重錘砸玻璃，以說明其份量不輕，從而對學(xué)生在心理上有一定的震懾，為后續(xù)的沖鼻實(shí)驗(yàn)作好心理上TOC\o"1-5"\h\z的鋪墊。當(dāng)重錘從學(xué)生鼻尖擺出，再次蕩回來時(shí)，學(xué)生因心理 ■X0； 。作用動作更顯夸張，效果明顯，成功率也越高。讓學(xué)生上臺參 -與實(shí)驗(yàn)，以驚激趣，以趣生疑，以疑引思，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激起探究欲望。再適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析：在重錘“撲鼻而來”之時(shí)，有無躲閃的必要？在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析討論，大膽提出猜想。這有驚無險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，反映了機(jī)械能在轉(zhuǎn)化過程中具有一定的規(guī)律性：即機(jī)械能在轉(zhuǎn)化過程中，不會無故增加或減少。2、擺球等高實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生大膽猜想通過重錘實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對機(jī)械能守恒有了初步的認(rèn)識，利用擺球?qū)嶒?yàn)，進(jìn)一步增加對猜想的信心。以問題鏈為線索，緊扣規(guī)律探究這一中心，結(jié)合演示層層深入：⑴擺球在放手后的振動過程中，動能與重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化過程中有何規(guī)律?

⑵如何確定機(jī)械能在轉(zhuǎn)化過程中總量不變？（作出經(jīng)過釋放點(diǎn)的水平線，看擺球能否回到同一水平線。）⑶如果擺球在振動過程中，碰到釘子呢？（多次移動釘子改變其位置，演示之。）⑷嚴(yán)格地講，擺球真的能擺到同一高度嗎？（擺球放手后，“幾乎”能擺到同一高度。）其原因是什么？（因?yàn)橛凶枇ψ饔?，?jīng)過多次擺動后，小球不能達(dá)到原來的高度。）⑸如果增大阻力，結(jié)果又如何？（傾斜小黑板，演示之。）⑹綜合以上分析，動能與勢能在相互轉(zhuǎn)化相互中，規(guī)律如何？在實(shí)驗(yàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生觀察，把實(shí)驗(yàn)觀察內(nèi)容細(xì)化成問題來激發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行有目的的觀察，對于掌握知識及培養(yǎng)觀察品質(zhì)和思維能力都十分有效。抽象的物理原理寓于簡單的擺球?qū)嶒?yàn)之中，使學(xué)生從中獲得豐富的感性認(rèn)識，也就可以水到渠成地提出猜想，得到規(guī)律。3、氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)定■求證在前面定性探究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，能否通過較為精確的實(shí)驗(yàn)，由定性到定量逐步深入，得到令人信服的論證。教師應(yīng)當(dāng)創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生親手實(shí)踐自己的想法和設(shè)計(jì)，把教學(xué)過程變成模擬的“科研過程”。學(xué)生可能會提出多種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，如用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動，用氣墊導(dǎo)軌探究勻變速直線運(yùn)動等等。教材中安排了前一方案的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，而在本堂課可采用后一方案。實(shí)驗(yàn)裝置如圖，墊高氣墊導(dǎo)軌的一端，讓滑塊做勻加速直線運(yùn)動，分別求出其中某段位移中動能與重力勢能的變化量，以探求兩者之間的關(guān)系。有效的物理規(guī)律教學(xué)應(yīng)該深入分析規(guī)律的形成以及學(xué)生的認(rèn)知水平，巧妙設(shè)置物理情境讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，讓學(xué)生真正參與到規(guī)律的形成過程中來。否則，學(xué)生體會不到認(rèn)識新規(guī)律的樂趣，不利于學(xué)生對規(guī)律的理解，更不利于今后規(guī)律的應(yīng)用。在氣墊導(dǎo)軌的定量探究實(shí)驗(yàn)中，滑塊動能的增加量與重力勢能的減小量并不嚴(yán)格相等，這到底是由于猜想不正確還是實(shí)驗(yàn)誤差引起的呢？物理規(guī)律的得出可以通過多種方法：實(shí)驗(yàn)論證、理論論證等。課堂中適時(shí)進(jìn)行理論論證，先就運(yùn)動過程相對比較簡單的自由落體運(yùn)動分析動能與重力勢能的變化，以探究運(yùn)動過程中機(jī)械能的轉(zhuǎn)化規(guī)律:理論論證：E尸2吧理論論證：E尸2吧2+mgh（1）TOC\o"1-5"\h\zE=2mV2+mg(h一h) (2)A—B:VB2=匕2+2gh1 (3)將(3)式代入(2)式，可得：E=1m(V2+2gh)+mg(h-h)2a 1 1=2mV2+mgh+mgh—mgh=2mV2+mgh=E以上分析過程中，⑶式也可由動能定理得出：mg-hi=2mVB2-2mVA2'體現(xiàn)了不同規(guī)律的等效性和物理方法的多樣性。分析運(yùn)動情景更加復(fù)雜的運(yùn)動，如物體做平拋、斜拋運(yùn)動或沿斜面、曲線下滑時(shí)，也可以得到相同的結(jié)論。這樣，采用演繹推理法引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，多種運(yùn)動情景下歸納總結(jié)可提高學(xué)生對結(jié)論的可信度；在定律的推理分析過程中，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和邏輯推理能力。綜上所述，可以得到：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。在規(guī)律探究過程中，從定性到定量，從實(shí)驗(yàn)探究到演繹推理，雙管齊下，層層深入，使學(xué)生對規(guī)律更加信服；同時(shí)，注重對學(xué)生思維能力的訓(xùn)練和提高，讓學(xué)生領(lǐng)悟物理研究的科學(xué)方法。三、應(yīng)用拓展，學(xué)以致用物理源于生活，又用于生活，具有鮮明的生活性和實(shí)用性，物理知識已滲透到社會生活的各個(gè)方面、各個(gè)角落。因此物理課堂教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合教學(xué)的重難點(diǎn)，盡可能創(chuàng)造條件，將生活資源整合到物理課堂教學(xué)中，使學(xué)生感受到物理知識的應(yīng)用就在身邊，激發(fā)他們自覺應(yīng)用物理知識解決問題的興趣。機(jī)械能守恒定律應(yīng)用非常廣泛，如現(xiàn)象解釋、應(yīng)用實(shí)踐等。1、現(xiàn)象解釋簡介怪坡現(xiàn)象探究其怪因。出示滾輪實(shí)驗(yàn)裝置（如圖），進(jìn)行模擬演示后，引導(dǎo)學(xué)生初步分析怪坡現(xiàn)象的成因，鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，組織小組討論，開展研究性學(xué)習(xí)，并對此作出合理解釋。實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)極為重要的教學(xué)手段，盡管科技的發(fā)展為物理課堂教學(xué)提供了豐富多彩的平臺，但物理實(shí)驗(yàn)仍然有其不可代替的作用。物理課堂教學(xué)是學(xué)生個(gè)體智力活動與教師課堂教學(xué)高效結(jié)合的過程，既是科學(xué)又是藝術(shù)，有其自身的科學(xué)性和策略性。這就要求教師在課堂教學(xué)過程中