高一物理第八章第4節《機械能守恒定律》

教學規劃----讀懂教材

《機械能守恒定律》是高中物理必修二第八章第4節。盡管在教材上隻是一節内容，但由于其地位特殊，教學價值很高。因此，具體教學中必須高度重視。昨天旁聽了學校老師的集體備課，以及部分年輕老師的感歎.....現整理點材料供年輕老師研究教材、組織教學時參考。

1. 本節内容的地位

“機械能守恒定律”是8.4的“節題”，也是第八章“章題”，在這一章中的核心地位就不用再說了。就整個經典力學來說，解決問題方法也就是“力法”與“能法”。“力法”就是以牛頓三定律為核心的解題系統，涉及力學的方方面面，無論是高一學生、還是初上講台的年輕老師都有深切體會。而解決力學問題的另一大法——“能法”，主體就是“機械能守恒”了。兩相個比較，在相當多的問題中，“能法”比“力法”神通更大，它可以“超越過程”，僅根據狀态變化預測結果，這一點老師是很清楚的，教學中也應讓學生清楚，僅此即可見“能法”的重要性。

而在教材中，第八章隻有5個小節，而“機械能守恒定律”包括實驗也才2個小節内容，但我們教學中切不可輕視，更不能以量待它，必須投入足夠的時間與精力，把這一節（一章）搞懂弄通，從某種意義上來說，它是整個力學的核心，也可以說是高中物理的靈魂級内容之一。

二、涉及基礎

初中對“功”、“能”“機械能”“内能”“改變物體内能的方式”都有涉及，但也很基礎，功與功率有些直接計算，對動能與勢能、機械能隻有定性的概念，當然對它們間的轉化，更是說說而已。

本章前幾節，“功、功率”“重力勢能”“動能和動能定理”等内容，比較深入地讨論了相關概念，從定性到定量均有比較明确的界定，這個是進一步研究的基礎，必須搞懂弄通。本節“機械能守恒定律就是在此基礎上，“順勢”而出的一個重要規律。是對前面所學内容的總結提煉，也是對相關應用的全面深化與升華，是對“力法”解題的再提升，是對“能法”解題的總貫通。本節内容在課本所占篇幅不多，但重要性不容小觑。

三、學情簡析

據老師傳遞的課堂反映，幾乎每個班都有部分同學對前面的基礎掌握不到位，比如說解題中還有同學“功與功率”的單位分不清，也許其對功與功率的概念本身也不太分得清；當然，關于重力做功的特點及重力勢能的關系；動能及動能定理的過程分析，問題可能更多。

這個也在意料之中，作為高一同學，就物理學習來說，他們大多停留在初中記背學習的基礎上。對系統構建體系不熟悉、不理解、不能形成自覺，是可以理解的。教學中要有耐心，要有必要的反複。當然也要嚴格要求，這已經是高一的第二學期了，有的學校已經實行分科分班，到了該對物理學習有重新認識并進一步形成自覺的時候了。

四、讀懂教材

（1）問題導向

教材中首先以伽利略斜面實驗引出問題：達到的高度與始發的高度基本相同，這個相同高度是結果，反映的是表面現象，根本原因是什麼？這個過程中的不變量是什麼？當然就是機械能。

教學執行中可以通過不同情景的實驗，來說明這個問題，伽利略的斜面實驗是其一，另外麥克斯韋滾擺，單擺，牛頓擺等。做這些演示實驗，一來激發興趣，二來開闊思路，三來引發思考。當然也是服務課堂、揭示規律、說明問題。由于等等原因，可能中學生基礎所限、課堂時空所限、教學要求局限，很多現象對中學生講不明白，有時候也不必要講明白，通過實驗現象介紹就是最直接也是最好。

（2）追尋守恒量

對課本中“追求守恒量”這段教材的處理，難度比較大，應該是很“上位”理論問題。物體在斜面上下滑，高度減少，速度增大，然後從另一邊上滑，高度增加，速度減少，不能說這裡是速度與高度的互換，因為速度與高度是兩個不同的物理量。但這個過程是什麼東西在互換？深入研究下去當然是“能量”，不同形式的能量在轉化，且總量是不變的——守恒！

但要求高一學生達到這樣的分析能力，實在是太高了一點，教學執行中總感覺這段教材不好處理，而這段内容在不同版本中教材出現的尴尬情況也說明這一點，真是“欲彰不能，欲舍不忍”。對分析能力比較強的班級，可以引導學生分析，從此引入能量及其守恒觀念。應該是符合人類探知規律的一種方法。但對基礎一般的同學，這種情況就成了幹擾，要看班上的學生水準，因材施教吧----可以處理也可以不處理。

（3）動能與勢能相轉化

其實，這一段就是對上一段的诠釋，意思完全一樣，隻是前一段“假裝”不知道能量的概念在“追尋”，而這裡是已知能量有兩種，在光滑斜面上下滑是“動、勢能”互換，總量保持不變，也即守恒。這裡是用已知的能量守恒來解釋現象的。

（4）僅有重力做功情況下的機械能變化

這裡是引入一種理想情景，先由特殊情況，研究動勢能的相互轉化中，動、勢能轉化的機械能守恒情況。

完全引用前面所學的知識（重力做功與重力勢能關系，外力功與動能關系），然後進行數學處理，得到新的物理方程，意義很不一般。

這樣就在特殊情況下建立起機械能守恒定律，而這些“特殊”就是機械能守恒定律的成立條件，或者說是守恒條件。

（5）有彈簧彈力作用下機械能變化

由于課本沒有引入彈簧彈性勢能的定量表達，因此，這裡涉及彈簧彈性勢能就隻能定性說明了，機械能守恒定律對涉及彈簧彈力做功的機械能守恒問題，也隻能回避相關彈性勢能變化定量表達問題，這也當引起注意。彈簧彈性勢能不能不考慮，但又不需定量參與，這就是邊界。

（6）應用例析

這是本節内容唯一的例題，這個例題放在這裡是不是合适，等讨論《課時規劃》時再說，但要先看懂這個例題發出的信号。

題中說這個裝置是一個“擺”，學生還沒有學過振動，對“擺”最多隻是常識了解，但本題好像是默認學生很懂“擺”，擺：線不可伸 長，小球做圓弧線“往複運動”；另外這個題是“文字題”，不涉及數值計算，有重在原理的暗示；還有這是一個過程較為複雜的曲線運動，根本就不讓同學們分别用“力法”與“能法”分别解題，互相驗證的可能，這是為什麼？這個例題的出現台階太高，掩蓋了很多教學過程中可以體驗的元素，作為教師是要明白，教學規劃中有必要的話要重新喚醒。

（7）解後析

這個例題解後分析涉及幾個問題值得注意：其一是解題方便，隻關注始末狀态，不必考慮狀态間的詳細過程；其二是本題用力法無法求解，而用“能法”很簡單；其三，機械能守恒定律在一定的範圍内與牛頓定律可以互相推證，但機械能守恒是實驗定律，是在實驗中總結出來的，它比牛頓定律更普适。換句話說，即使在牛頓定律不成立的某些地方，機械能守恒照樣成立，它有更廣闊的适用時空。其四，邊眉中提出的“能量是人們研究物質世界非常重要的物理量，是物質運動的統一量度，形式多樣的運動，唯有能量是共通的”如此重要的綜述，為什麼要放在例題總結且邊眉中給出？是可有可無，還是......不要太迷信課本，課本上大部分地方表述都很準确，但也有些地方弄得不知所以然，教學中老師要認真分析每一個細節，不能輕易放過重要問題。

（8）節後題

節後題中也有很豐富的内涵，需要認真研究挖掘教學内容。不能僅僅把其當成一個練習題去處理，那樣會失去很多教學資源。盲目練題而不得要領，尤其是課内題沒弄通透，就到課外去找專題，弄得全無章法，高耗而低效。避免的方法是先認真研究節後題與章後題，把其它納入教學内容中，這樣效率會高得多。

具體教學中如何規劃，請看下一篇——《機械能守恒定律》教學規劃之二

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