機械能守恒定律論文

發(fā)揮物理學科特色培養(yǎng)學生探究能力以《機械能守恒定律》為例［摘要］實驗既是物理學形成和發(fā)展的基礎，又是重要的物理教學內容和教學方式，以實驗為基礎開展探究教學，開發(fā)實驗課程資源，充分挖掘實驗教學中的探究功能，優(yōu)化課堂結構，激發(fā)學生學習的熱情，培養(yǎng)學生探究的意識，從而有利于培養(yǎng)學生探究能力，有利于進一步提高學科教學質量。［關鍵詞］物理實驗探究能力探究是科學發(fā)展和科學教育的有效途徑，新課程強調用探究的方式學習科學。物理學是一門以實驗為基礎的科學，實驗是物理教學中必不可少的重要手段。如何利用教材中實驗素材和開發(fā)實驗資源開展探究性學習，讓物理實驗以其獨特的魅力、豐富的內涵在培養(yǎng)學生探究能力方面發(fā)揮著不可替代的作用，是每一個物理教師應該思考并解決的問題。筆者在課堂教學中作了一些探索與實踐，本文以《機械能守恒定律》一課為例談談對物理實驗課程資源的開發(fā)和整合。一、創(chuàng)設情景，設疑激趣通過翻滾過山車視頻資料引課，在學生沉浸于驚險與刺激中，引導學生對翻滾過山車原型進行合理的假設，通過簡化處理，建立物理模型，再用離心軌道（如圖）模擬這一運動，創(chuàng)設適于提出問題的情境，引發(fā)學生認知沖突：⑴翻滾過山車何處最驚險？⑵如要安全過關，對釋放高度有何要求？⑶釋放點低于圓軌最高點，行不？（演示之）⑷等高呢？運動情景如何？（請學生描述并演示）.二二■⑸釋放點再高一點？（多次演示，探求臨界點）這樣，通過嘗試的方法雖然確定了該點，但過程機械重復，精度不高，能否利用理論分析，通過定量計算的方法一步到位呢？而通過本堂課的學習，將有助于此類問題的解決，激勵學生的學習興趣和求知欲。通過引起視覺沖擊的視頻和后續(xù)模擬實驗，建立具體情景，學生有了思維的依托，將理性認識轉化成了親身體驗的“感性”認識，繼而引導學生利用該裝置分析能量的轉化過程，最后由學生總結可以得到：動能和重力勢能是可以相互轉化

的。這樣，利用一套實驗裝置有序展開教學活動，完成多項實驗任務，有效地提高了課堂教學效率。再利用如圖裝置，研究滑塊在氣墊導軌上的振動過程中，動能與彈性勢能之間的轉化，然后墊高氣墊導軌的一端，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)生相互轉化。這一墊，拓寬了學生思路，激活了學生思維，使實驗現(xiàn)象更具真實性。在實驗教學中，以變式為手段，利用已有器材，改變實驗的初始條件，創(chuàng)設豐富多彩的實驗情景，得到的實驗結論更具一般性與普遍意義。二、層層深入，探究規(guī)律那么，在能量轉化的過程中，是否遵循一定的規(guī)律？問題是探索性實驗的起點，以問題為內核的探索任務是驅動學生自主探索最有效的載體。探索性實驗教學要把學生帶入科學探索的情景中，讓他們親身體驗探索新知識的過程。在教學過程中要注意在實驗問題的提出、實驗方案的設計、實驗操作的過程、實驗數(shù)據(jù)的處理時使學生發(fā)揮主體作用，讓學生成為知識的“發(fā)現(xiàn)者”，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和自主學習能力，提高學生的科學素養(yǎng)。1、重錘沖鼻實驗：出示重錘，先演示重錘砸玻璃，以說明其份量不輕，從而對學生在心理上有一定的震懾，為后續(xù)的沖鼻實驗作好心理上TOC\o"1-5"\h\z的鋪墊。當重錘從學生鼻尖擺出，再次蕩回來時，學生因心理 ■X0； 。作用動作更顯夸張，效果明顯，成功率也越高。讓學生上臺參 -與實驗，以驚激趣，以趣生疑，以疑引思，有利于激發(fā)學生的學習興趣，激起探究欲望。再適時引導學生分析：在重錘“撲鼻而來”之時，有無躲閃的必要？在此基礎上，引導學生分析討論，大膽提出猜想。這有驚無險的實驗，反映了機械能在轉化過程中具有一定的規(guī)律性：即機械能在轉化過程中，不會無故增加或減少。2、擺球等高實驗，激發(fā)學生大膽猜想通過重錘實驗，學生對機械能守恒有了初步的認識，利用擺球實驗，進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)生相互轉化過程中有何規(guī)律?

⑵如何確定機械能在轉化過程中總量不變？（作出經過釋放點的水平線，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？（因為有阻力作用，經過多次擺動后，小球不能達到原來的高度。）⑸如果增大阻力，結果又如何？（傾斜小黑板，演示之。）⑹綜合以上分析，動能與勢能在相互轉化相互中，規(guī)律如何？在實驗過程中引導學生觀察，把實驗觀察內容細化成問題來激發(fā)學生思考，讓學生帶著問題進行有目的的觀察，對于掌握知識及培養(yǎng)觀察品質和思維能力都十分有效。抽象的物理原理寓于簡單的擺球實驗之中，使學生從中獲得豐富的感性認識，也就可以水到渠成地提出猜想，得到規(guī)律。3、氣墊導軌實驗定■求證在前面定性探究的實驗基礎上，能否通過較為精確的實驗，由定性到定量逐步深入，得到令人信服的論證。教師應當創(chuàng)造條件，引導學生根據(jù)實驗目的，自行設計實驗方案，讓學生親手實踐自己的想法和設計，把教學過程變成模擬的“科研過程”。學生可能會提出多種實驗設計方案，如用打點計時器研究自由落體運動，用氣墊導軌探究勻變速直線運動等等。教材中安排了前一方案的學生實驗，而在本堂課可采用后一方案。實驗裝置如圖，墊高氣墊導軌的一端，讓滑塊做勻加速直線運動，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系。有效的物理規(guī)律教學應該深入分析規(guī)律的形成以及學生的認知水平，巧妙設置物理情境讓學生成為學習的主人，讓學生真正參與到規(guī)律的形成過程中來。否則，學生體會不到認識新規(guī)律的樂趣，不利于學生對規(guī)律的理解，更不利于今后規(guī)律的應用。在氣墊導軌的定量探究實驗中，滑塊動能的增加量與重力勢能的減小量并不嚴格相等，這到底是由于猜想不正確還是實驗誤差引起的呢？物理規(guī)律的得出可以通過多種方法：實驗論證、理論論證等。課堂中適時進行理論論證，先就運動過程相對比較簡單的自由落體運動分析動能與重力勢能的變化，以探究運動過程中機械能的轉化規(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。分析運動情景更加復雜的運動，如物體做平拋、斜拋運動或沿斜面、曲線下滑時，也可以得到相同的結論。這樣，采用演繹推理法引導學生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，多種運動情景下歸納總結可提高學生對結論的可信度；在定律的推理分析過程中，培養(yǎng)學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，動能和勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。在規(guī)律探究過程中，從定性到定量，從實驗探究到演繹推理，雙管齊下，層層深入，使學生對規(guī)律更加信服；同時，注重對學生思維能力的訓練和提高，讓學生領悟物理研究的科學方法。三、應用拓展，學以致用物理源于生活，又用于生活，具有鮮明的生活性和實用性，物理知識已滲透到社會生活的各個方面、各個角落。因此物理課堂教學中，應結合教學的重難點，盡可能創(chuàng)造條件，將生活資源整合到物理課堂教學中，使學生感受到物理知識的應用就在身邊，激發(fā)他們自覺應用物理知識解決問題的興趣。機械能守恒定律應用非常廣泛，如現(xiàn)象解釋、應用實踐等。1、現(xiàn)象解釋簡介怪坡現(xiàn)象探究其怪因。出示滾輪實驗裝置（如圖），進行模擬演示后，引導學生初步分析怪坡現(xiàn)象的成因，鼓勵學生上網查閱相關資料，組織小組討論，開展研究性學習，并對此作出合理解釋。實驗是課堂教學極為重要的教學手段，盡管科技的發(fā)展為物理課堂教學提供了豐富多彩的平臺，但物理實驗仍然有其不可代替的作用。物理課堂教學是學生個體智力活動與教師課堂教學高效結合的過程，既是科學又是藝術，有其自身的科學性和策略性。這就要求教師在課堂教學過程中