基于物理知識自結(jié)構(gòu)的能量專題復(fù)習(xí)策略分析

周曉波

摘 要：對于高中物理復(fù)習(xí)而言，能量專題是難點，基于物理知識自結(jié)構(gòu)的復(fù)習(xí)應(yīng)該是系統(tǒng)化地建構(gòu)基礎(chǔ)知識、基本技能，循序漸進地提升學(xué)生解決問題的能力的過程。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)認(rèn)知；概念；問題

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）8-0008-3

高三物理能量專題有著綜合性強、知識密度高的特點，也是學(xué)生復(fù)習(xí)的難點。筆者認(rèn)為從以下兩個層面引導(dǎo)學(xué)生進行復(fù)習(xí)，能有效減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，化解難點，提高復(fù)習(xí)效率。

1 系統(tǒng)化建構(gòu)認(rèn)知，夯實學(xué)生基礎(chǔ)

（1）課前準(zhǔn)備

教師引導(dǎo)學(xué)生在正式學(xué)習(xí)之前，利用教材與相關(guān)教輔，將已學(xué)的各種能量形式以及所學(xué)過的運動模型羅列出來，并進一步將對應(yīng)運動模型中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系進行梳理，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。正式教學(xué)過程中，教師讓學(xué)生對功能關(guān)系的理解進行交流，對錯誤認(rèn)識進行糾正，以合作交流的方式充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，將傳統(tǒng)的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

（2）學(xué)生能量概念理解方面的障礙分析

學(xué)生肯定存在概念理解不夠透徹的地方，特別是在電勢能和分子勢能等較為抽象的概念上，學(xué)生初次學(xué)習(xí)時的有關(guān)認(rèn)知就比較模糊。復(fù)習(xí)階段，教師更要引導(dǎo)學(xué)生通過類比的方法，將電勢能、分子勢能等抽象模型與重力勢能和彈性勢能進行比較，并輔以恰當(dāng)?shù)睦}進行鞏固，幫助學(xué)生強化相關(guān)認(rèn)知。并且，在此情形下，教師要控制問題的難度，不能將難題和怪題拿出來混淆學(xué)生對概念的理解。

（3）學(xué)生功能關(guān)系理解方面的障礙分析

純粹的力學(xué)問題中涉及到的功能關(guān)系較為簡單，學(xué)生的掌握和理解都比較到位，但是牽扯到電磁學(xué)方面的功能關(guān)系就給學(xué)生的認(rèn)識和理解帶來一定的困難。相比而言，導(dǎo)體桿在勻強磁場中進行切割磁感線的運動過程中，安培力做功與能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系還比較直觀。但是，如果是線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)切割的情形：例如，發(fā)電機和電動機模型，因為轉(zhuǎn)化過程可能涉及到多種類別的能量，學(xué)生的理解難度也就大大提升。此種情形下，教師還是要引導(dǎo)學(xué)生按照由簡單到復(fù)雜、由單一到組合的模式來逐個分析，先針對某個力做功與對應(yīng)能量的轉(zhuǎn)化來把具體情形認(rèn)識清楚，幫助學(xué)生構(gòu)建較為清晰和簡潔的功能對應(yīng)關(guān)系。

（4）區(qū)分能量守恒的不同表述

教師要幫助學(xué)生以簡單直觀的例子來對能量守恒的幾個常見形式進行認(rèn)知構(gòu)建。例如，在只有重力做功或彈力做功的過程中，系統(tǒng)內(nèi)部只發(fā)生勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化，因此，機械能總量不變。在滑動摩擦力做功的過程中，系統(tǒng)內(nèi)會發(fā)生機械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化，而機械能與內(nèi)能之和不變。閉合電路中，電路的總功率等于內(nèi)外電路的功率之和。物體內(nèi)能的改變方式有兩種，某系統(tǒng)的內(nèi)能改變量等于該系統(tǒng)的吸熱量與外界對其做功的和。此外，光電效應(yīng)和原子躍遷中的相關(guān)理論也屬于能量守恒的基本表述之一，復(fù)習(xí)階段可以和學(xué)生一起進行梳理和總結(jié)。

2 循序漸進組織例題，提升分析能力

高中復(fù)習(xí)階段有關(guān)于能量的問題往往體現(xiàn)著較強的綜合性，但是這實際上屬于分析角度的問題。在學(xué)生復(fù)習(xí)過能量的基礎(chǔ)知識之后，教師可以提供例題，創(chuàng)建一些較為復(fù)雜的情境，引導(dǎo)學(xué)生從能量的角度來思考問題。

（1）幫助學(xué)生形成運用能量觀點解決問題的思路

高中階段很多力學(xué)問題有著這樣的特點，既可以用牛頓定律結(jié)合運動學(xué)知識進行處理，也可以運用能量觀點進行解析。對此，教師可以選擇此類典型例題，引導(dǎo)學(xué)生在分析過程中建立能量視角解決問題的基本思路。一般來講，這一思路包括以下環(huán)節(jié)：①選定恰當(dāng)?shù)难芯繉ο螅ㄒ话闶窍到y(tǒng)）；②明確過程中涉及到哪些能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化；③分析各類型能量的變化情況；④繪制能量轉(zhuǎn)化關(guān)系圖或是建立相關(guān)方程。

例1 如圖1所示，粗糙斜面處于水平向右的勻強電場中，一根彈簧通過支架固定在斜面的底端，上端連接一個滑塊，該滑塊帶正電，已知滑塊經(jīng)過b點時正是彈簧的原長位置，現(xiàn)將彈簧拉伸到a點后由靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則滑塊從a點運動到b點的過程中（ ）

A. 滑塊克服電場力所做的功等于系統(tǒng)的機械能減量和生成內(nèi)能的差值

B. 重力對滑塊所做的功等于其動能、電勢能以及摩擦生熱的總和

C. 系統(tǒng)的機械能減量等于系統(tǒng)內(nèi)能與電勢能的增量之和

D. 滑塊經(jīng)過b點時，系統(tǒng)有最小的機械能

分析 本題處理時必須先明確滑塊在運動過程中的受力情況：重力、彈簧彈力、支持力、滑動摩擦力以及電場力，5個力中支持力不做功，重力與彈簧彈力對滑塊做正功，滑動摩擦力與電場力對其做負(fù)功。為了幫助學(xué)生從能量的角度理解這一問題，教師可以引導(dǎo)他們畫出能量轉(zhuǎn)化關(guān)系圖（如圖2所示）。

由關(guān)系圖可分析題中的相關(guān)過程：重力和彈簧的做功總和與滑塊動能增量、電勢能增量以及系統(tǒng)的內(nèi)能增量總和相等；滑塊克服電場力所做功等于其電勢能增量，電勢能增量與系統(tǒng)內(nèi)能增量之和應(yīng)該等于系統(tǒng)機械能減量；滑塊所受電場力與滑動摩擦力在上述情境做負(fù)功則導(dǎo)致系統(tǒng)機械能減小。因此，滑塊到達(dá)b點時系統(tǒng)機械能最小?？傮w而言，系統(tǒng)總能量必然守恒。因此，系統(tǒng)的機械能減量必然與電勢能、內(nèi)能總的增量相等。因此，本題只有B選項錯誤，其他3個選項都正確。經(jīng)過上述關(guān)系圖的分析，相關(guān)內(nèi)容一目了然。

（2）幫助學(xué)生形成能量觀點的解題意識

教師在組織例題時，還要有意識地組織一些運用牛頓定律或者能量觀點均能解決的問題，而且前一種處理方法較為繁瑣，后一方法較為簡單的問題，讓學(xué)生對比兩種解題思路，進而凸顯能量觀點解題的優(yōu)越性，提升學(xué)生對能量方法的使用興趣。然后，教師再為學(xué)生提供一些只能運用能量觀點解決的問題，幫助學(xué)生強化能量觀點的解題意識，最終讓學(xué)生適應(yīng)多角度思考問題的方式。

例2 如圖3所示，有兩根長度為l的金屬桿，電阻值均為R，其中ab桿質(zhì)量為M，cd桿質(zhì)量為m，且ab桿質(zhì)量較大，并用電阻與質(zhì)量均可不計的兩根導(dǎo)線將其連接成回路，掛在一光滑絕緣水平支架上。兩條金屬桿也均位于水平位置，現(xiàn)將整個裝置放入一個與回路所處平面垂直的勻強磁場中，且磁感應(yīng)強度為B。求ab桿由靜止釋放后所能達(dá)到的最大速度。

（3）培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力

高三階段有關(guān)能量問題的復(fù)習(xí)，由淺入深地逐步推進到最后階段，必然涉及到力學(xué)、電磁學(xué)等內(nèi)容的綜合問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生有效訓(xùn)練綜合分析的思維能力，提升其思維品質(zhì)。當(dāng)然，教師依然要注意例題的選擇，以便學(xué)生能從研究對象、過程分段以及功能關(guān)系多角度地對問題進行解構(gòu)。具體教學(xué)中，教師更要提醒學(xué)生抓住具體過程中能量變化的特點，引導(dǎo)學(xué)生從整體角度把握物體的運動以及變化，分析能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，有效建立“能量觀”的綜合分析意識。

例3 如圖4所示，質(zhì)量為m的導(dǎo)體桿Ⅰ由靜止出發(fā)，沿著弧形導(dǎo)軌從距地面高度為h的位置下滑，導(dǎo)軌的水平部分處于豎直向上的勻強磁場之中，同時導(dǎo)軌水平部分還放有導(dǎo)體桿Ⅱ，且其質(zhì)量為2m，現(xiàn)在忽略導(dǎo)軌電阻以及一切摩擦，且導(dǎo)軌足夠長，兩導(dǎo)體桿也不發(fā)生接觸。求：（1）兩根金屬桿的最終速度為多少？（2）過程中回路總的焦耳熱為多少？

參考文獻(xiàn)：

[1]劉桂枝.順學(xué)而導(dǎo) 補全原解——基于學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”的“拉船模型”糾錯策略[J].物理教師，2013，34（12）：25—26.