高中机械能守恒定律验证实验的完善和拓展

者 之 间 的混 淆导 致 了不 平衡 ） — 新 的平 衡 （ — 通 过 本 次 的 同化 和 顺 应 过程 弄 清 了两 者之 间 的关 系） 的过 程 中得 到不 断 的 完善 。问题 ４的提 出强 化 了从 动 能 定 理 到 机 械 能 守 恒 定 律 的 知 识 迁
图 ２
证 “ 了重力 有且 只有 弹 力做 功 的物体 系统 内机 除
械 能守 恒 ” 可行 的 。 是
２１ 实 验步骤 ．． １
①按照图 ２ 所示装置把轻质橡皮筋的一端
固定 在铁 架 台 的支 架上 ， 另一 端 固定在重 物上 。
２１ 关 于只有 弹力 做功 的物 体系统 内的机械 能 ．． ４ 守恒 定律 的验 证 既 然教 材实 验验 证 了“ 只有重 力 做功 的物 体 系统 内机械 能守 恒 ” 本 实验 又验 证 了“ 力 和弹 ， 重 力 共 同做功 的物 体 系统 内机 械 能守恒 ” 那 么 “ ， 只
的方 式来 验 证 只 有 弹力 做 功 的 物体 系统 内的机 械 能 守 恒定 律 ， 体 方 法 ， 此 由于篇 幅所 限 不 具 在
再 赘述 。 ３ 机械 能 守 恒定 律 验证 实验 向动 能 定 理 验 证 实验 的迁移
识 基 础 ，使 学 生 关 于 动能 定 理 和 机 械能 守 恒 定
物 理 教
学 探
讨
Ｖ ｏ ．０ １ Ｎ Ｏ ４ １ ３ ．４
２１ ０ ２年 第 ３期 （ 上半 月 ）
Ｊｕ ａ ｏ Ｐ ｙｉ ａｈｎ ｏ ｒ ｌ ｆ ｈ ｓ ｓ Ｔｅｃ ｉｇ ｎ ｃ
（ ）３２ １ ． ９． Ｓ ．０ ２ ７
通 过设法 把 系统 的弹 性势 能转 化 为动 能之后 ， 再
儿童 ， 能小 口吹气 。 只
Ｖｏ ．０ １ Ｎ Ｏ．４１ ３ ４
物 理 教 学 探 讨
Ｊ ｕｎ ｌｏ Ｐ ｙｉ ｅｃｉｇ ｏ ｒａ ｆ ｈ ｓ ｓ Ｔ ａｈｎ ｃ
第３ ０卷 总 第 ４ １ ４ 期
（ ）３２ １ ． ８ Ｓ ．０ ２ ７
２ １ 第 ３期 （ 半 月 ） ０ ２年 上
前 瞬 问 的速 度 和 重 物被 橡 皮 筋 反 弹后 上 升 到 橡 皮筋 恰好 恢 复原 长 瞬间 的速度 恰 好大 小相 等 ， 机 械 能也相 等 。 以重 物从 橡皮筋 刚好 绷 紧后继 续 所 下 落 到重 物 被 橡 皮 筋 反弹 上 升 到 达橡 皮 筋 恰 好
恢 复原 长 的过 程 中机械 能守 恒 ， 即重 力 和弹 力共
电者 。实施 人工 呼吸前 要使 呼 吸道 畅通 。首先 要
很 快地 解开 触 电者 的衣 领 ， 除 口腔 内妨 碍 呼吸 清
胸 外 挤 压 法 适用 于急 救 心 脏 停 止跳 动触 电 者 。首 先将 触 电者 仰 卧在 比较 坚实 的地 方 ， 救护 人 员 跪 在触 电者 的一 侧 ， 骑跪 在 腰 部 ， 或 两手 相
２ 有 弹 力参 与 做 功 的 物体 系统 内机 械 能 守 恒
定 律 验 证 实 验 方 案 设 计
和 比较 下 落 时起 始 点 的高度 和重 物 被 橡 皮 筋 反 弹上 升后所 能 到达 的最大 高度 是否 相 同。
教 学 实践 中发 现有 些学 生 会想 到 ： 本 上 的 课
关 键 词 ： 械 能 守恒 定 律 ； 能 定理 ； 力 ； 证 实验 ； 善 机 动 弹 验 完 中图分类号 ：６３ Ｇ３． ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：Ｏ ３ ６ ４ （ （ ２ ３ Ｓ 一 ０ ７ ３ １ Ｏ — １ ８ ２） ） （ ） ０ ７ — １
科学 研究 的思维应 该 尽可 能全 面 而严谨 。 然 而教 材ｌ １ ｌ 证机 械能 守恒 定律 的实验 中只是验 在验
第３ ０卷 总 第 ４ １期 ４ ２１ ０ ２年 第 ３期 （ 半 ７ ） 上 １
物 理 教 学 探 讨 Ｊ ｕｎｌ ｏ Ｐ ｙｉ ｅｃ ｏ ｒａ ｆ ｈ ｓ ｓ Ｔ ａ ｃ
Ｖ０ ． Ｏ Ｎ Ｏ．４１ １３ ４
吉 １ 同 ｒ ＋
李 晓 明 ， 晓梅 徐
云 南 师 范 大 学 物 理 与 电子 信 息 学 院 ， 云南 昆 明 ６ ０ ０ ５ ００
③ 观 察重 物能 否上 升到下 落 时的初 始位 置 。
２１ 原理 分析 ．． ２
实 验 只是 验证 了 “ 只有 重力 做 功 的物体 系统 内机 械 能守 恒 ” 没 有验 证 “ 弹 力参 与做 功 的物 体 系 ， 有
统 内机 械 能守恒 ” 此 时可 以提示 学生 思考 ： 。 如何
叠 （ 童 只需一 只手 ） 手掌 根部 放在 心窝 稍高一 儿 。 点 的地 方 。 心 向下 挤 压 （ 童轻 一些 、 压下 深 掌 儿 ． 度约 为 ３ ４５ ｍ， 心 窝 内血 液 挤 出 ， ｌ ｉ ～． ｃ 将 每 ｍ ｎ以 ６ ０次为 宜 。挤压后 掌 根立 即放松 （ 但不 要离 开胸
有 弹力 做功 时机 械 能也必 定 守恒 ” ，当然 也可 以
②把重物竖直上升到铁架 台支架上， 固定橡
皮筋 的位 置 ， 放手 让重 物下 落 。
这一 步 骤要 把 重物 上 升 到 铁 架 台支 架 固定
橡 皮 筋 的位 置 是 为 了用 支 架 当 参 照物 便 于 记 录
第３ ０卷 总第 ４ １ ４ 期
２所 示 的装 置来 验证 “ 了重 力有 且 只有 弹 力参 除
与做功 的物体 系统 内 的机械 能守恒 定律 ” 。
同参 与做功 的物 体系统 内机 械能 守恒 。 具体 可分
为以下 四个 过程 ：
① 重 物 开 始 下落 到 橡 皮 筋 绷 紧之 前 的过 程
中 ， 力势 能转 化为 动能 ． 重 机械 能守恒 。
竖直上 升 ． 避免 了重物 到达 最大 高度 时 水平 方 向 还有动 能存 在 的问题 。
② 避免 了碰 撞 ， 而减 少 了能量 损失 。 从 ③ 实验 的操 作简 单易 行 。
因此 ， 即使 因 为 克服 空 气 的 阻 力做 功 ， 耗 消 掉一 小部 分 的机 械能 ． 物上 升 的最 大高 度估 计 重 可 能会 很 接 近但 稍 微 的低 于 下 落 时起 始 位 置 的 高度 ， 但误 差不 会很 大 。 以 ， 此设 计方 案来 验 所 用
是 一样 的 ， 只是换 了对 实验 的解释 而 已。
此教 学 过程 是在 动能 定理 的 图式［ 础之 上 ５ １ 基
验 证 弹性 势能 （
二
‘ 和动 能 （１ ）
二
） 是否 相等
进 行 的 。通 过 前 ３个 问题 的 提 问激 活 了学 生 有 关 动 能 定理 和 机 械 能 守恒 定 律 之 间 的关 系 的知
② 机械 能守 恒 定律 中的“ 只有重 力 或弹 力做
功 时 机械 能守 恒 ” 味 着 ： 意 只有 重 力 做 功 时机 械 能 守 恒 ： 有 弹 力做 功 时 机 械 能也 守 恒 ； 力 和 只 重
科 学 思维 能 力 的需 求 ， 者 认 为 应该 对 “ 械 能 笔 机 守 恒定 律 的验 证实 验 ” 一定 完善 和探究 。 作
１ 只有 重 力 参 与做 功 的物 体 系统 内机 械 能 守
恒 定律 的验证
弹力 都 做 功但 无 其 它 外 力 参 与做 功 时 机 械能 还
是 守恒 。
在 只有 重力 参 与做 功 的物体 系统 内 ， 机械 能
守 恒定 律 的验证 实验 装 置如 图 １所示 ， 验 的步 实
证 了 在 只有 重力 做 功 的物 体 系统 内 的机 械 能守
恒． 没有 验证 除 了重力 还有 且 只有 弹力 参 与做 功
和 只 有 弹力 做 功 的 物体 系 统Байду номын сангаас内 的机 械 能 守 恒 定
律 考 虑 到在物 理教 学 中培养学 生全 面而 严谨 的
①机械能包括 ： 重力势能、 动能 、 弹性势能。
骤、 理 、 原 注意 事 项 以及 减 少 误 差 的方 法 等 知 识 在 “ 民教 育 出版 社 ２ １ 人 ０ ０年 ４月 第 ３版 ” 高 的《 中物 理 必 修 ２ 和其 它参 考 资料 中 已 经 讲 得 很 》
③ 机 械能 守恒 定律 中所 说 的 “ 能 和势 能可 动
以互相 转化 ” 括 ： 包 动能 和重 力 势能 的互 相转 化 ； 动能 和弹性 势 能 的互相 转化 ： 力势 能 和弹 性势 重 能的相 互转 化 。
② 橡 皮 筋 刚 好 要绷 紧时 开 始 到橡 皮筋 被 拉
到最 长 的过程 中动 能 和 重力 势 能转 化 为 橡 皮筋
的弹性 势 能 ， 械能也 守恒 。 机
③ 橡皮 筋 从 被 重 物拉 到 最 长 的 位 置 到 恰 好
恢 复原 长 的过 程 中， 性势 能转 化 为 动能 和 重 力 弹 势能 ， 械能也 守恒 。 机
的食 物 、 块 、 液 等 ， 血 黏 并使 触 电者 仰 卧 、 部 尽 头 量 后仰 ， 孑 朝 天 。这 时救 护人在 伤 员头 部 的一 鼻 Ｌ 侧 ， 一 只手捏 紧鼻 孔 ， 用 另一 手撬 开 嘴 巴 ， 护人 救 深 吸气 后 ， 紧贴 伤 员 ． 口对 口向 内 吹气 ． 间 约 时
摘 要 ： 文 对 高 ｑ《 械 能 守恒 定 律 》 证 实验 的进 行 了 完善 和拓 展 ： 证 了有 弹 力 参 与做 功 的 物 体 系统 内机 械 能 本 －机 验 验
守恒 定 律 ， 实现 了对 动 能 定 理 的 验 证 。 实践 表 明 此 完 善 和 拓 展 有 益 于 加 深 学 生 对 机 械 能 守 恒 定 律 和 动 能 定 理 的 理 解 。 并
多、 很细 、 很完 善 了 ， 以这一 部分 的具 体教 学 也 所 设 计本 文 就 不 再 赘述 。但 是 做 完课 本 上 的实 验 后 ． 了给 随后 的完 善拓 展 实验创设 问题情 境［ 为 ２ １ ，
需 要 再 次 复 习和 强 调 有 关机 械 能 守 恒定 律 的 以 下 几个 知识 点 ：
律 之 间的关 系 的认 知 结构 在 平 衡 （ 在学 习机 械 能守 恒定 律 之 前 对 动 能定 理 的 已有知 识 是 平 衡
的 ） — 不平 衡 （ 习 了机 械 能 守 恒定 律 之 后 两 — 学
教 学经 验表 明 ：
学 生 在 运 用机 械 能 守 恒定 律 和 动 能 定 理 解 题 时往 往会 很混 乱 ，不 知道 哪里 该用 动 能定理 ，
如果 重物 能 够被橡 皮 筋反 弹 上升 到达 （ 很 或 接 近 ） 落 时起 始 点 的位 置 的高 度 ， 合 自 由落 下 结
体 运 动 的知 识可 知重 物 下 落 到 达橡 皮 筋 绷 紧之
验证 除 了重 力还 有 且 只有 弹 力参 与 做 功 的 物体
系统 内机 械能 守恒 ？ 受 小 朋友 玩 溜溜 球 的启发 ， 者设 计 了如 图 笔
④ 橡 皮筋 刚好 恢 复 原 长 的位 置 开 始 到 重 物
上升 到达 最 高点 的过 程 中动 能转化 为重 力势 能 。
图 １
机 械能 也守恒 ２１ 可 行性分 析 ．． ３
完 善后 的实验 应该 有 以下三 个优 势 。
① 重 物 竖 直 下 落后 经 过 橡 皮 筋 的反 弹能 够
膛 ） 让 触 电者 自动 复原 ， 液 流 回心 脏 ， ， 血 如此 反 复进行 。
（ 目编 辑 栏 邓磊 ）
２， ｓ 使其 胸部 膨 胀 。吹完 气后 ， 即将 Ｖ离 开 ， 立 Ｉ 并
同时放 松鼻 孔让 其 自动 呼 吸 ， 间约 为 ３ 。 ： 时 ｓ 如 触
电者 口撬不 开 ， 就用 口对 鼻 呼吸法 ， 紧 嘴 巴 ， 捏 紧 贴鼻 子 向 内吹气 。如此 反 复进行 ， 电者如 果是 触