初中物理教学中“能量意识”的培养与渗透

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  能量守恒定律不仅是自然界普遍遵守的规律,而且是研究自然科学的强有力武器。能量守恒的思想始终贯穿整个中学的物理教学始终,同时也是中高考的重点与热点之一。因此,初中物理教师有必要在教学过程中有意识地对学生进行“能量意识”的培养与渗透。
  例1:(2009宁波中考)如图1所示,物体甲静止在水平桌面上,当把物体乙轻轻放到甲上后,下列现象不可能发生的是( )
  图1
  A.甲相对于桌面保持静止状态,而乙相对于甲也静止
  B.甲相对于桌面保持静止状态,而乙相对于甲沿斜面滑下
  C.甲相对于桌面向右运动,而乙相对于甲沿斜面滑下
  D.甲相对于桌面向右运动,而乙相对于甲静止
  分析:在解答本题时,很多学生不知该如何下手,往往是凭借一些生活的经验来做出选择。对于初中阶段的学生来说,也无法通过受力分析的方法来解答。实际上,该题如果利用能量守恒定律来解答就会容易得多,也便于理解。
  对于选项D来说,如果甲相对于桌面向右运动,那么甲的势能不变而动能增加。此时相对于甲静止的乙的势能不变,而乙相对于地面却是运动的,所以乙也具有一定的动能,那么甲和乙增加的这部分动能是从哪里来的呢?根据能量守恒定律,能量不可能凭空产生,所以,在把乙轻轻地放到甲上后,就不可能出现D选项所说的情况。因此本题应该选择D选项。
  对于选项A来说,甲和乙都保持静止,那么他们的机械能不变,能量守恒;对于选项B来说,甲静止,甲的机械能总量不变,乙相对于甲下滑,势能减少,减少的势能向动能和内能转化,不违背能量守恒定律;对于选项C来说,甲由静止开始向右运动,甲具有一定的动能,甲增加的动能从哪里来呢?显然来自于乙下滑过程中所减少的重力势能,同样不违背能量守恒定律。
  例2:(2001全国初中物理竞赛)晓峰想利用电冰箱降低室温:他先将电冰箱的门打开(如图2所示),然后接通电源。他这样做,可以达到降低室温的目的吗?为什么?
  图2
  分析:电冰箱的压缩机工作后,冰箱冷冻室内的蒸发器温度降低,吸收空气的热量,与此同时,冰箱外部的冷凝器温度升高,通过热传递将热量传给空气,室内空气的热量只是被冰箱吸收后又被放出,所以室温不会降低。
  然而,对于初中阶段的学生来说,电冰箱的构造和工作原理原本是较难理解的,学生仅仅利用物态变化的初步知识来解决该问题的确比较困难。但是,该问题如果用能量守恒定律来解释却很方便。对于电冰箱来讲,它是用电器,工作过程中是在不断地消耗电能的,那么消耗掉的电能哪里去了呢?根据能量守恒定律,能量不可能凭空消失,消耗掉的电能当然是转化成了内能。因此,随着时间的推移,室内空气的内能是不断增加的,房间内的温度不仅不会降低,反而会升高。所以,不能用电冰箱来给房间降温。
  例3:如图3所示,在光滑的水平面上,物体A以较大的速度向前运动,与以较小的速度沿同一方向运动的、连有质量不计的弹簧的B发生相互作用,在作用过程中,当A、B动能之和最小时,A、B的速度关系是( )
  图3
  A.V■>V■ B.V■<V■ C.V■=V■ D.无法判定
  分析:以A、B及弹簧整体为研究对象,在相互作用过程中,因为只有弹簧的弹力做功,整体机械能守恒。当A、B动能之和最小时,弹簧的弹性势能最大,即弹簧处于最大被压缩量;当V■>V■时,弹簧在缩短,还未到最大压缩量;只有当V■=V■时,弹簧压缩量最大。故选C。
  例4:如图4所示,将一个小球从h高处以相同的速度抛出,一次斜向上抛,沿a运动轨迹落地;另一次水平抛,沿b运动轨迹落地,不计空气阻力。关于小球落地时动能的大小,下列说法正确的是( )
  A.沿a軌迹大
  B.沿b轨迹大
  C.沿a、b一样大
  D.无法判断
  分析:由于不考虑空气阻力,因此球被抛出的过程中机械能守恒。因为斜向上抛和沿水平方向抛出时的高度相同,所以球在刚抛出时的重力势能相等,又因为球抛出时的初速度相同,所以球的初始动能也相等。也就是说,无论哪种抛出方式,球的初始机械能都是相等的,沿着轨迹a或者b到达地面时的重力势能也是相等的,因为机械能守恒,所以球落地时的动能也是一样大的,故选C。
  在教学实践活动中,我们应当注重对学生进行“能量意识”的培养与渗透,让学生逐步树立“能量观”,因为“能量观”物理教学,体现了物理学知识的运用方法的最高境界,不仅提高了学生的物理意识和分析问题、解决问题的能力,而且提高了教师的课堂教学效率,使物理教学走向了高效化。
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