高中物理教学要加强能量转化和守恒观念

高中物理教学要加强能量转化和守恒观念

王琅囿

王琅囿内蒙古乌海市第十六中学016040

能量的转化和守恒是自然科学的核心内容之一，它从更深层次上反映了物质运动和相互作用的本质。它不仅是物理学最重要最基本的理论，还广泛渗透在各门学科中。在中学物理中，此定律对于学生树立科学的世界观，联系生活生产实际，形成可持续发展的意识有着十分重要的作用。

一、能量转化和守恒定律帮助学生树立“能量”的思想来研究解决很多物理问题

它揭示了有“能量”这样一个量，在孤立系统内经过一系列变化后保持不变，因此在孤立系统内经过一系列变化后最后的能量和最初的能量必定相等。在某些情况下，我们就有可能根据它预言系统的终态，而不必顾及中间复杂曲折的过程和步骤，这从实际应用、解决实际问题的目的来说显然十分重要。在诸多物理习题中，往往一个题目涉及多个物理过程，假如我们按照一个个物理过程列方程来解题很复杂，但若用能量转化和守恒来解题，则可以不考虑或少考虑具体物理过程，只需知道始末态情况，就可以简便获得所求的解，现举例说明其优越性。

例1，水平放置的A、B两平行金属板相距h1,在B板下h2处有质量为m,带电量为+q的带电小球，以速度v。竖直向上抛出，欲使小球穿过小孔后恰好到达A板，求AB两板电势差应满足什么条件？

分析与解：小球抛出后动能减小，重力势能增加，进入电场后，小球静电势能又与机械能发生转化，由能量守恒得：

mv02+qUBA=mg（h1+h2）

则UBA=mg（h1+h2）-mv02/q

（1）当mg（h1+h2）>mv02/时,UBA>0,即B板电动势高于A板（从能量观点分析可知：当动能小于mg（h1+h2）时，说明一定是电场力做正功，即UBA>0,减小的静电势能转化为小球的重力势能）。

（2）当mg（h1+h2）=mv02时UBA=0（即当初动能正好转化为小球至A板处的重力势能，则不必加电场，UBA＝0）。

（3）当mg（h1+h2）<mv02时UBA<0,即A板电势高于B板电势〔当初动能大于mg（h1+h2）时，电场力一定做负功，使小球到A板时动能为零，即UBA<0〕。

如果用动力学与运动学结合解此题，要复杂得多。用能量转化和守恒定律来解题，不仅简单，还能开拓学生思路，提高其分析问题的能力。比如力学中求物体加速度的方法很多，用运动学公式和牛顿第二定律都有可能解决，但我们换个角度，以“能量”观点可能会更简单，思路会更清晰。我们知道，若一个物体由V0=0开始做匀加速运动，经过路程s后，其末速度Vt2=2as。

据此，根据能量守恒定律，针对某一系统一个运动过程，建立起一个关系式，并推得V2=Ks（K为常数），那么物体运动的加速度便可获得。

二、能量转化和守恒定律的思想锻炼了学生的思维能力

对于学生，此定律在日常生活的某一具体事件中并不多见，只能从较为宏观的角度作大致说明。例如分析“从地球吸收太阳光开始，讨论发生在地球上的许多能量转化现象”这一类问题，学生联想思维的空间会向各个方向发散，使学生处于积极探索状态，发展了学生的探究能力，教学中要有意识强化这一观念，举例说明：

例2，“用细绳拴着一个小球，绳的一端固定，使小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动”，试分析此物理过程机械能是否守恒?

如果只简单地依据机械能的总量是否改变来回答判断机械能是否守恒，显然是不恰当的。学生通过学习机械能守恒定律发现，从受力情况看，小球是符合机械能守恒条件的，但是，受力情况只是物体机械能守恒的必要条件，如果没有动能与势能的转化，即没有力的做功这个充分条件是不行的，没有这个充分条件谈不上机械能守恒。所以引导学生思维进一步拓展，学生就会发现守恒定律中“守恒”二字的含义不是简单的“不变”，而应当是①要有变化，即动能势能相互转化。②要有机械能总量的恒定不变。没有变化，就无“守”字可谈；没有总量的不变，就没有“恒”字可讲。“守恒”的含义应当是在变化中保存着恒定，在恒定中进行着变化。通过这样的分析，学生的思维发生了质的飞跃，发现了“机械能是否守恒”和“机械能总量是否不变”的区别，从而使他们思维上升到理论水平，明白机械能守恒定律成了条件（1）物体必须在保守力作用下，（2）必须有动能、势能的相互转化。只有满足这两个条件，才可能继续考察机械能总量是否恒定，做出机械能是否守恒的结论。这样分析，学生实现了思维的多向性与聚合性的辩证统一。

三、能量转化和守恒定律使学生更广泛地认识其他问题

比如能源的损耗问题、环保问题、效率问题等等，学生会关心诸如“怎样提高煤气灶热效率”“新能源开发成本”等许多实际问题，认识到能量转化的方向性，增强节约能源意识，关心和科学地认识核能的开发和利用等等，培养他们可持续发展的意识，把将科学服务于人类作为自己的使命与责任，增强社会责任感，实现对学生德育教育的良性发展。

总之，“能量”是中学物理学习的一条主线，而能量转化和守恒定律的观念很重要，要根植在学生心田，使学生用“ＳＴＳ”理念去细心学习体会，全面提高学生自身素质。