初中能量的转化和守恒定律教学的实践与思考
陆军(苏州高新区实验初级中学,江苏 苏州 215011)
众所周知,能量的转化和守恒定律是由法国科学家笛卡儿、德国化学家迈尔和物理学家赫姆霍茨、英国物理学家焦耳以及格罗沃等人以不同方式各自独立加以论证提出的,这是所有物理现象必须遵循的金科玉律.当然也是自然科学中一切物质必须遵循的客观规律,它的地位和作用是其它定律所不可取代的.恩格斯曾把这一定律称之为"伟大的运动基本定律".能的转化和守恒定律这根主线贯穿于中学物理的各章各节,它能给物理规律予以本质上的揭示.
苏科版义务教育课程标准实验教科书物理将这一定律的教学设置在最后一章第四节,全节笔力凝重,色彩绚丽,设问巧妙,内容广宽,发人深思,易将学生导入探究的平台,确实能起到全书压轴戏重任.笔者在执教过程中,依据课程标准的教科书的设计编排,参照教学参考资料的意见,经过多年实践,积累若干经验和体会,诸多是教参上没有涉及的,以供同行共同磋商.
一、教学目标的重点应锁定在能量守恒环节上
全节可分为三部分内容:第一部分简述能量能够发生转化和转移;第二部分是能量在转化和转移过程中,总量保持不变;第三部分提出能量转移和转化是有方向性的思考.第一部分诸多章节逐步涉及、展开,学生有一定基础.第二部分是全节的重点,甚至是全书的重中之重,学生虽有一定认识,但不到位.第三部分较为抽象,是以往教材未涉及的,考虑到学生的可接受性,本堂课只提出悬念,下堂课教学要求也仅初步了解.
本文首先要阐明的是突出重点,将能量转化和转移过程中,总量保持不变这一关键落到实处.由于能量转化和守恒定律是一个普适定律,没有一个固定的表达式,也无法进行理论论证或数学推导,所以以往教材都是直接给定的,简单是简单了,但违背了物理学以物说理的宗旨和学生的认知规律.
笔者认为这个重点内容的教学,可按三部曲进行:
1.能量不会凭空消灭.可例举一些现象和运动,讨论它们的能量是不是消失了?例如,自行车停蹬以后,隔一会停下来了,自行车的动能消失了吗?保温瓶内的沸水,几天以后凉到跟室温一样,沸水的内能消失了吗?半导体收音机开了一段时间后,电池没电了,电池里的化学能哪里去了?电闪、雷鸣来势汹汹,瞬间即逝,其电能、光能消失了吗?太阳给地球提供数亿万计太阳能,但地球日复一日,好像变化不大,大量的太阳能又到哪里去了呢?……所有这些,表面上看能量消失了,但是实际完全是能量之间的转化和转移,这些能量都没有消失.
2.能量不会凭空产生.可先从一个简单例子入手,有一种自动机械手表,戴在手上,不用开发条,可运转久远,它的能量似乎凭空产生?先让学生讨论一下,很易知道这是能量的转移的结果,没有凭空产生.接下来如何进一步展开,是评批历史上永动机的违科学性(永动机不能永动)还是师生一起做水滴实验,值得商榷.笔者认为:一般说永动机的设计是颇具匠心,非常巧妙,迷障众多,再加上有关物理概念、规律和机械知识学生也不具备,要识破其违科学是不易的.还是用水滴实验切入为好,但是这个实验是编者设定的,并非学生自然想到(当然都要学生自己想到是不切实际的).所以,做这个实验前,要先让学生讨论"小华的设想可能实现吗?"可能得不出结果,然后再由学生自己动手做,最后自己总结.水滴实验表明不可能无中生有地获得能量,也就是能量不会凭空产生.
为了加深学生的印象,增强趣味性,可再补充一个毛细管实验,如图1所示,在水中插入细管a,水面会上升到一定高度(原理可不讲).如果再插入一根比a管内水面低的粗细相同的b管.先让学生讨论有什么现象发生,然后再做实验,看一看究竟发生了什么现象,说明了什么问题.这样经过两次简易实验,能量不会凭空产生的认识有了深度.至此,再评批一台历史上曾有人设计过的,结构原理较为简单的永动机,永动机肯定不能永动,能量不会凭空产生更到位.
3.能量的总量保持不变.能量的二个不会凭空,就意味着能量的总量不变.但不忙直接提出,可以温故而知新.笔者发现,教材早就阐述过这个问题,有两处伏笔.一处是焦耳定律Q=I2Rt,教材是这样叙述的:电流通过电炉等电热器材,电能几乎全部转化成内能,电流所做的功可以看作等于所产生的热量.事实上焦耳定律公式中用的是"=",所以"几乎"和"可以看作"不写也行.焦耳定律就是表明"能量的总量保持不变".另一处是机械效率一节出现"W总=W有用+W额外"计算式.以人用动滑轮提升重物为例,该式表明人体内的化学能减少量W总等于重物势能的增量W有用与滑轮势能的增量、绳与滑轮摩擦产生内能的增量W额外之和,也是能量总量保持不变的体现.
三步曲步步深入,能量转化和守恒定律的揭示时机成熟.
二、引入新课要以旧带新,给学生多角度认识,且有新意

下一页