机械能守恒定律论文

发挥物理学科特色培养学生探究能力以《机械能守恒定律》为例［摘要］实验既是物理学形成和发展的基础，又是重要的物理教学内容和教学方式，以实验为基础开展探究教学，开发实验课程资源，充分挖掘实验教学中的探究功能，优化课堂结构，激发学生学习的热情，培养学生探究的意识，从而有利于培养学生探究能力，有利于进一步提高学科教学质量。［关键词］物理实验探究能力探究是科学发展和科学教育的有效途径，新课程强调用探究的方式学习科学。物理学是一门以实验为基础的科学，实验是物理教学中必不可少的重要手段。如何利用教材中实验素材和开发实验资源开展探究性学习，让物理实验以其独特的魅力、丰富的内涵在培养学生探究能力方面发挥着不可替代的作用，是每一个物理教师应该思考并解决的问题。笔者在课堂教学中作了一些探索与实践，本文以《机械能守恒定律》一课为例谈谈对物理实验课程资源的开发和整合。一、创设情景，设疑激趣通过翻滚过山车视频资料引课，在学生沉浸于惊险与刺激中，引导学生对翻滚过山车原型进行合理的假设，通过简化处理，建立物理模型，再用离心轨道（如图）模拟这一运动，创设适于提出问题的情境，引发学生认知冲突：⑴翻滚过山车何处最惊险？⑵如要安全过关，对释放高度有何要求？⑶释放点低于圆轨最高点，行不？（演示之）⑷等高呢？运动情景如何？（请学生描述并演示）.二二■⑸释放点再高一点？（多次演示，探求临界点）这样，通过尝试的方法虽然确定了该点，但过程机械重复，精度不高，能否利用理论分析，通过定量计算的方法一步到位呢？而通过本堂课的学习，将有助于此类问题的解决，激励学生的学习兴趣和求知欲。通过引起视觉冲击的视频和后续模拟实验，建立具体情景，学生有了思维的依托，将理性认识转化成了亲身体验的“感性”认识，继而引导学生利用该装置分析能量的转化过程，最后由学生总结可以得到：动能和重力势能是可以相互转化

的。这样，利用一套实验装置有序展开教学活动，完成多项实验任务，有效地提高了课堂教学效率。再利用如图装置，研究滑块在气垫导轨上的振动过程中，动能与弹性势能之间的转化，然后垫高气垫导轨的一端，在滑块与弹簧的接触过程中，动能、重力势能、弹性势能之间发生相互转化。这一垫，拓宽了学生思路，激活了学生思维，使实验现象更具真实性。在实验教学中，以变式为手段，利用已有器材，改变实验的初始条件，创设丰富多彩的实验情景，得到的实验结论更具一般性与普遍意义。二、层层深入，探究规律那么，在能量转化的过程中，是否遵循一定的规律？问题是探索性实验的起点，以问题为内核的探索任务是驱动学生自主探索最有效的载体。探索性实验教学要把学生带入科学探索的情景中，让他们亲身体验探索新知识的过程。在教学过程中要注意在实验问题的提出、实验方案的设计、实验操作的过程、实验数据的处理时使学生发挥主体作用，让学生成为知识的“发现者”，培养学生的创新能力和自主学习能力，提高学生的科学素养。1、重锤冲鼻实验：出示重锤，先演示重锤砸玻璃，以说明其份量不轻，从而对学生在心理上有一定的震慑，为后续的冲鼻实验作好心理上TOC\o"1-5"\h\z的铺垫。当重锤从学生鼻尖摆出，再次荡回来时，学生因心理 ■X0； 。作用动作更显夸张，效果明显，成功率也越高。让学生上台参 -与实验，以惊激趣，以趣生疑，以疑引思，有利于激发学生的学习兴趣，激起探究欲望。再适时引导学生分析：在重锤“扑鼻而来”之时，有无躲闪的必要？在此基础上，引导学生分析讨论，大胆提出猜想。这有惊无险的实验，反映了机械能在转化过程中具有一定的规律性：即机械能在转化过程中，不会无故增加或减少。2、摆球等高实验，激发学生大胆猜想通过重锤实验，学生对机械能守恒有了初步的认识，利用摆球实验，进一步增加对猜想的信心。以问题链为线索，紧扣规律探究这一中心，结合演示层层深入：⑴摆球在放手后的振动过程中，动能与重力势能发生相互转化过程中有何规律?

⑵如何确定机械能在转化过程中总量不变？（作出经过释放点的水平线，看摆球能否回到同一水平线。）⑶如果摆球在振动过程中，碰到钉子呢？（多次移动钉子改变其位置，演示之。）⑷严格地讲，摆球真的能摆到同一高度吗？（摆球放手后，“几乎”能摆到同一高度。）其原因是什么？（因为有阻力作用，经过多次摆动后，小球不能达到原来的高度。）⑸如果增大阻力，结果又如何？（倾斜小黑板，演示之。）⑹综合以上分析，动能与势能在相互转化相互中，规律如何？在实验过程中引导学生观察，把实验观察内容细化成问题来激发学生思考，让学生带着问题进行有目的的观察，对于掌握知识及培养观察品质和思维能力都十分有效。抽象的物理原理寓于简单的摆球实验之中，使学生从中获得丰富的感性认识，也就可以水到渠成地提出猜想，得到规律。3、气垫导轨实验定■求证在前面定性探究的实验基础上，能否通过较为精确的实验，由定性到定量逐步深入，得到令人信服的论证。教师应当创造条件，引导学生根据实验目的，自行设计实验方案，让学生亲手实践自己的想法和设计，把教学过程变成模拟的“科研过程”。学生可能会提出多种实验设计方案，如用打点计时器研究自由落体运动，用气垫导轨探究匀变速直线运动等等。教材中安排了前一方案的学生实验，而在本堂课可采用后一方案。实验装置如图，垫高气垫导轨的一端，让滑块做匀加速直线运动，分别求出其中某段位移中动能与重力势能的变化量，以探求两者之间的关系。有效的物理规律教学应该深入分析规律的形成以及学生的认知水平，巧妙设置物理情境让学生成为学习的主人，让学生真正参与到规律的形成过程中来。否则，学生体会不到认识新规律的乐趣，不利于学生对规律的理解，更不利于今后规律的应用。在气垫导轨的定量探究实验中，滑块动能的增加量与重力势能的减小量并不严格相等，这到底是由于猜想不正确还是实验误差引起的呢？物理规律的得出可以通过多种方法：实验论证、理论论证等。课堂中适时进行理论论证，先就运动过程相对比较简单的自由落体运动分析动能与重力势能的变化，以探究运动过程中机械能的转化规律:理论论证：E尸2吧理论论证：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)将(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以上分析过程中，⑶式也可由动能定理得出：mg-hi=2mVB2-2mVA2'体现了不同规律的等效性和物理方法的多样性。分析运动情景更加复杂的运动，如物体做平抛、斜抛运动或沿斜面、曲线下滑时，也可以得到相同的结论。这样，采用演绎推理法引导学生发现物理规律，多种运动情景下归纳总结可提高学生对结论的可信度；在定律的推理分析过程中，培养学生的抽象思维能力和逻辑推理能力。综上所述，可以得到：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。在规律探究过程中，从定性到定量，从实验探究到演绎推理，双管齐下，层层深入，使学生对规律更加信服；同时，注重对学生思维能力的训练和提高，让学生领悟物理研究的科学方法。三、应用拓展，学以致用物理源于生活，又用于生活，具有鲜明的生活性和实用性，物理知识已渗透到社会生活的各个方面、各个角落。因此物理课堂教学中，应结合教学的重难点，尽可能创造条件，将生活资源整合到物理课堂教学中，使学生感受到物理知识的应用就在身边，激发他们自觉应用物理知识解决问题的兴趣。机械能守恒定律应用非常广泛，如现象解释、应用实践等。1、现象解释简介怪坡现象探究其怪因。出示滚轮实验装置（如图），进行模拟演示后，引导学生初步分析怪坡现象的成因，鼓励学生上网查阅相关资料，组织小组讨论，开展研究性学习，并对此作出合理解释。实验是课堂教学极为重要的教学手段，尽管科技的发展为物理课堂教学提供了丰富多彩的平台，但物理实验仍然有其不可代替的作用。物理课堂教学是学生个体智力活动与教师课堂教学高效结合的过程，既是科学又是艺术，有其自身的科学性和策略性。这就要求教师在课堂教学过程中