深入剖析物理课本动能与势能的几个问题

深入剖析物理课本动能与势能的几个问题

张小勇

安徽省马鞍山市含山县第三中学 安徽马鞍山 238100

摘要：在现今的义务教育阶段，课本的知识都是提纲挈领的，而学生的学习不深入，各个知识点和问题不能得到有效的联系和兼用。物理学各个知识点都是孤立的“死知识”，而不是相互兼通的“活知识”。随着上的课越多，“死知识”就越多，为了消化这些“死知识”就要分析思考这些知识，并且还要旁类即通，以点带面，把各个知识点能有效相互化解疑难点，把学习、求知、探索发挥到最大化，增强学生学习自信心和乐趣。我今天就是将九年级物理课本《能与机械能》的疑难知识和课本中有商榷的地方进行分解，让学生掌握课本知识点。同时，也要反思课本的不足，让学生树立物理学辩证和求真的科学态度。

关键词：提问 疑惑 解释 强调 探究

今年我又执鞭九年级毕业班的物理教学，沪粤版的课本我已经教了十多遍了，自己感觉课本知识烂熟于心。可今年我在教学这部分知识时，学生向我提出的问题让我陷入深思。

第一问题是，小球高度相同，在滚下来的过程中受到的摩擦力是否相同呢？我给予的解释是压力不同，接触面的粗糙程度相同，所以摩擦力不同。学生问，既然摩擦力不同，那么为什么高度相同，滚动到水平面时速度相同呢?我陷入深思，我给学生的解释是这个实验小球与斜面是滚动摩擦，摩擦力较小，对实验没什么影响，重力势能全部转化为动能，Gh= V²得v= .速度与质量大小无关，与高度有关，高度相同，速度相同。

提问二，为什么这个实验用小球撞击纸盒呢?而不用小球撞击木块呢?我给予的解释是，纸盒质量小，惯性小，容易改变物体的运动状态，并且纸盒压力小，摩擦力小，当小球撞击时，纸盒能滑行更长的距离。这里应用到探究物理研究是转换法。我又提问学生，为什么不用木块撞击小球呢？学生给予的答案是，小球要滚动很长距离才能停下来，我充分肯定了学生的答案，又补充到，小木块从斜面上滑下来摩擦力大，很可能到达水平面时速度很小甚至为零，就不能完成实验了。

提问三，怎样放置小球，才能说明小球在斜面高度相同呢？是以小球接触点还是重心为参照面？这在书本上没有明确的讲解和图示，这可能导致小球滚下来速度可能不同，所以，讲到小球的高度应以小球的球心为参照面。小球半径不一样，要保证重心一样高，则小球放在斜面的高度就不一样了，这与课本上的讲解不一致，我进行了深入的思考，如果将小球上下落差一样，是不是更好呢？因为小球落差一样，由公式W=GH通过控制变量法，得到控制高度相同的要求。

提问四，探究滑轮组机械效率时，我们提高滑轮组的机械效率的方法是，增加物重，加润滑剂减小动滑轮重量。润滑剂是向哪儿涂呢？有的学生猜想是往绳子与滑轮之间加，有的学生向转轴处加呢？经过我和同学、老师们讨论得出正确推理是，应往转轴处加润滑剂，而绳与轮之间不加润滑剂，因为转轴处加润滑剂可以保证轮的转动，减小轮与轴之间滑动摩擦力。使绳子与轮之间处于静摩擦状态，倘若绳子与滑轮之间有润滑剂，绳子与轮之间就会发生滑动摩擦，减小有益摩擦，绳子与滑轮之间打滑而导致滑轮就可能不转了。

提问五，在图甲中弹簧测力计向上运动和图乙弹簧测力计向下都做匀速直线

运动，为什么弹簧测力计读数不相同呢？是以哪个数据为准确数据呢？我带着这个问题进行深入的探究。为什么弹簧测力计读数不相同，是什么因素导致的呢？我分析的原因是这样的，在甲图中，当物体上升时，绳子与滑轮，滑轮转轴处都有摩擦，阻碍了拉力。当物体下降时，滑轮转轴处仍有摩擦，绳子与滑轮之间的摩擦阻碍物体下降，所以拉力变小。对于乙图来说，弹簧测力计向下匀速拉动时读数大，往上退时，读数偏小。这时摩擦阻力是阻碍物体上升还是阻碍物体下降呢？这里要分两种情况，第一种情况是，阻碍物体上升，弹簧测力计读数是较大的，也是正确测量拉力的方法。计算总功时可采用的动力数值。第二种情况是，阻碍物体下降，则弹簧测力计偏小，这时所测拉力数值是不可用的。因为这时并不是拉力对物体做了功，而是重力对物体做功了。所以我列出最简单易懂判断的方法，那就是不管弹簧测力计朝哪个方向拉，都要让重物克服重力做功，至于测力计向上拉还是向下拉，这要看绳子与滑轮的绕法了。

这个甲乙两图弹簧测力计的使用前的校零也是很有讲究的，在甲图中弹簧测力计是竖直使用，则在使用前要竖直校零。当弹簧测力计反过来使用，像乙图那样使用时必须要重新校零，否则读数就不准确，要考虑测力计自身外壳重力的影响。同时弹簧测力计要匀速拉动，保证测力计示数稳定，也使测力计示数等于弹簧挂钩对丝绳的拉力。

提问六，能量转化，何时速度最大

如图所示，小球在a点橡皮筋开始拉长，到b点时，橡皮筋对小球的拉力等于小球重力，c

点是小球最下的距离，从a点到b点小球的动能转化为橡皮筋势能吗？小球的速度变小吗？学生在此处易产生困惑。我的解释是，在ab段既有小球的重力势能转化为动能，也有动能转化为橡皮筋的弹性势能，很难判断小球的动能是增加还是减小，我们可以利用合力的方向来判断，就可以化难为简了。在ab段小球受到二个力，分别是重力和橡皮筋对小球的弹力，当小球重力大于橡皮筋的弹力，重力与弹力的合力方向是向下的，只不过弹力越来越大，合力向下越来越小，但ab段合力的方向是向下，到b点合力为零，所以小球在ab之间是加速，在到达b点时，速度加速到最大。在bc段橡皮筋对大于重力，合力向上，而小球由于惯性还会继续向下运动，合力方向与小球运动方向相反，小球在做减速运动，直至到c点速度减为零，重力势能全部转为弹性势能，动能为零。同理从c到b段，弹力大于重力，合力向上，小球向上做加速运动，到b点速度最大，从b点a点弹力小于重力，向上做减速运动，小球到达最高点时速度为零。动能和弹性势能转化为重力势能，此时最高点低于开始的投放点，因为机械能相互转化时有能量损失。

虽然我执教初中物理有17年了，但初中物理如果留心、细想下，还是有很多地方值得咀嚼的，从而让教学思想由看似懂到复杂再到明朗的过程。教学课本很薄，但每一个知识点都犹如冰山一角，让我们教师作为学生学习的陪伴者、开路者，将物理学的怀疑、探究、分析、论证的精神牢固树立在物理的学习过程中，培养学生对物理的态度是愿意学、敢于学、乐于学的状态。

参考文献：沪粤版九年级物理课本