关于动量、机械能教学的思考，本文主要内容关键词为：机械能论文,动量论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、学生学习动量、机械能时遇到的主要困难
1.对动量、动能、冲量、功等概念不理解、很模糊、混乱，觉得很抽象；
2.对建立在动量、动能、冲量、功等基础上的动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒定律的内容、表达式、适用条件记不住，更谈不上理解；
3.没有画受力图进行问题分析的习惯或不会正确进行受力分析；4.不会利用“力和运动的关系”对物体的运动过程作出较为精准的描述；5.尚能对运动过程作出正确的分析，但不知选哪些物体作为研究对象、选哪段过程作为研究过程以及选哪个规律进行列式求解；
6.对新情境、复杂过程，特别是涉及动量和能量相结合的题目，束手无策，不知如何分析，解题思路无法展开；
7.符号法则方面的困难：对矢量的方向性不敏感，在涉及动量关系时，没有选正方向的习惯，在涉及能量守恒关系时，没有选择零势能面的习惯；
8.解题习惯不良，书写不规范，只是罗列公式，没有必要的文字说明。
二、形成以上困难的原因
1.客观上，力(F)、位移(s)、速度(v)、加速度(a)、质量(m)等力学概念来源于具体的生活实践，学生有具体的可视、可触的表象，便于学生接受和理解；但动量(p=mv)、动能
、功（W=Fscosθ）、冲量(I=Ft)等概念，从知识分类理论来看，这些概念可以看成是F、s、v、t、m等的组合，抽象程度更高，另外这些概念也不如F、s、v、t、m等有具体形象，可感知程度差，是学生难以理解的原因；
2.对牛顿运动定律应用的强化训练，造成一种先入为主的印象，学生习惯于应用牛顿运动定律解题，导致学生应用动量、能量进行解题时的不适应、被动接受。而主动应用动量、能量进行解题的习惯很难养成；
3.学生对概念的学习不够重视，对概念的学习仅处于中文字面意义，不理解其物理含义，概念学习不到位，对建立在概念基础上的规律，也很难谈得上透彻地理解；
4.教师在对概念、规律进行新课教学时，对概念的口头讲授、简单地公式演绎，教法过于单调，吸引不了学生的兴趣，不利于学生牢固地建立概念；有的教师甚至忽视物理概念和规律的建立过程，呈现给学生的仅仅是一些死的文字叙述和干巴巴的公式，导致学生感受不到鲜活的物理，体验不到学习物理的乐趣，领悟不透概念和规律的物理含义，学生能力的增长缺乏最根本的生长点。当然学生也不能得心应手地运用这些概念、规律来分析问题，只能是乱蒙，导致解题时经常出错；
5.教师在进行解题能力训练时，太关注自己的教，缺乏对学生的学习心理进行较为深入的研究。教师多在简单讲解概念、规律的基础上，就进行大量的以模型分类为基础的海量训练，而学生由于本来就不完全理解概念和规律，很多题不会做，因此上课时，有的学生连题目都没做过，教师迫于课时紧张的考虑，担心完不成教学任务，不敢拿课堂时间给学生做题，只得硬着头皮往下讲题，学生在解题过程中本应出现的纷繁复杂的潜在的解题思路没有涌现出来，学生的思维没有经历原生态的体验，学生听了解题的过程，知道解题的结果，并不知道为什么要这样去思考问题，只是记忆思维在发挥作用，其他思维能力完全处于抑制状态。在这种情况下，学生缺乏和教师的解题思路的比对，学生的思维能力没有提高，甚至可以说学习尚未发生。这样训练的结局：教师讲得累，学生学得累，学生只学会套用一些简单的模型、公式，连受力、运动分析、规律应用条件的判定等基础的解题程序都没有形成；甚至教师教过很多遍的题目，学生仍然不会做；教师对自己的教学越来越没有信心，学生对自己的学习越来越没有兴趣；久而久之，教师讲得越多，讲得越清楚，学生的思维束缚得越紧，越得不到锻炼，更谈不上创新能力培养；
6.教师作为这一领域的专家，在头脑里形成了很多固化的解题方法，而学生作为新手，该部分内容在学生思维中是一片空白，两者之间造成强烈的反差，教师很难体会到学生解题时的难处，对学生的指导也往往不一定非常恰当、到位。
三、系统解决方案
1.注重基础，讲好、讲透概念和规律首先，概念建立的过程不能落入俗套，要生活化、要能吸引学生的兴趣，刺激度高一些，有新意，便于吸引学生的注意等。笔者在进行冲量概念的教学过程，引入学生比较感兴趣的运动项目“打网球”（如图1），将网球接触拍面到离开拍面的过程中，网球对网面的作用力随时间变化的情况采集出来，以图象的形式展示给学生（如图2所示），提出问题，若已知网球的初速度，求网球离开拍面时的速度，由于网球与拍面间的相互作用力在极短时间内发生急剧变化，很难用牛顿运动定律来计算，很自然地引入冲量的概念。这样，概念的建立水到渠成，而不显生硬。
图1
图2
其次，教师在讲好基本概念、基本规律后，应避免急于套公式进行定量计算，而应该选择一些典型的问题进行定性和半定量的研究，突出物理本质，弱化数值计算，使学生对定律、定理适用条件有准确深刻的理解，学会研究对象和研究过程的选择，提高对物理问题的敏感性，使学生的物理素养得到真正的培养和提高。
比如，笔者在进行动量守恒、机械能守恒条件的判断教学时，先准确地阐述守恒条件。动量守恒的条件是“在这个过程中，系统不受外力作用或所受的合外力等于零”；机械能守恒的条件是“在这个过程中，外力对系统不做功或外力做功的总和等于零，而且系统内部也没有摩擦力做功或内部的摩擦力所做的总功为零”。在此基础上，选择1992年全国高考题第12题进行训练。如图3所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短。现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象（系统），则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中()
图3
A.动量守恒、机械能守恒
B.动量不守恒、机械能不守恒
C.动量守恒、机械能不守恒
D.动量不守恒、机械能守恒
该题很好地体现了系统在不同的过程中，遵循不同的守恒律，教师甚至可以扩展选不同的研究对象如子弹和木块，考查它们在该过程中的动量、机械能是否守恒。
2.加强解题能力的系统培养
教师在进行解题训练时，要弱化传统的以模型分类训练为主的教学模式，加强具体问题具体分析能力的系统培养。
现举本人在解题训练时的一个“套餐”为例：
［例1］下列两种情况，哪些情况机械能守恒、哪些情况动量守恒？试说明原因。
(1)跳伞员带着张开的降落伞在空中匀速下落。
(2)用细绳拴着一个小球，使小球在竖直面内做圆周运动（不计空气阻力）。
［注：该类题重在训练“动量、机械能理论的过关”，如研究对象的选择和守恒条件的判断等。］
［例2］有一种地下铁道，站台建得高些，电车进站时要上坡，出站时要下坡（如图4）。设站台高度h=2m，进站的电车到达坡的下端A点时速度为25.2km/h，此后随即切断电动机的电源，电车能不能冲到站台上？如果能冲上，在站台上的速度是多大？（一切摩擦不计）
图4
［注：该类题旨在训练动量、机械能基本类型的简单定量计算］
［例3］如图5所示，一轻弹簧，左端固定在长木板M的左端，右端与小木块m连接，且m、M及M与地面间接触光滑。开始时，m和M均静止，现同时对m、M施加等大反向的水平恒力
，从两物体开始运动以后的整个运动过程中，弹簧形变不超过其弹性限度。对于m、M和弹簧组成的系统。
图5
(A)由于
等大反向，故系统机械能守恒
(B)当弹簧弹力大小与大小相等时，m、M各自的动能最大
(C)由于大小不变，所以m、M各自一直做匀加速运动
(D)由于等大反向，故系统的动量始终为零
［注：该类题旨在训练动量、机械能复杂问题的定性分析］
［例4］图6是一个物理演示实验，它显示：图中自由下落的物体A和B经反弹后，B能上升到比初始位置高很多的地方。A是某种材料制成的实心球，质量
=0.28kg，在其顶部的凹坑中插着质量
=0.10kg的木棍B。B只是松松地插在凹坑中，其下端与坑底之间有小空隙；将此装置从A下端离地面的高度H=1.25m处由静止释放。实验中，A触地后在极短时间内反弹，且其速度大小不变；接着木棍B脱离球A开始上升，而球A恰好停留在地面上。试求木棍B上升的高度。重力加速度g=10
图6
［注：该类题旨在训练动量、械械能复杂问题的定量计算，问题的复杂性是由两个原因造成的，其一：物理过程复杂，其二：物理情境新颖。］
学生对该题涉及的实验感到很陌生，没有这方面的经验，解题时遇到很大的困难。笔者在讲解时，先用一个篮球与一根直尺模拟了该实验过程，一下子就引起了学生强烈的好奇心；然后分过程，逐段分析，学生很快就找到了解决问题的办法。解决这类复杂问题，笔者的经验是：首先能够在生活中找到原形，最好给学生模拟一下，或让学生课前自己想办法做一下模拟实验，也可以用电脑动画进行模拟，为学生的思维成长铺好台阶。其次，注意画“过程草图”辅助复杂问题的分析和必要的文字说明，用以帮助理顺思路，促进思维的流畅性。再次是规范表达，树立良好的解题习惯，用以促进分析思维能力的稳步提升。
笔者选择以上四个类型题目作为一个“套餐”进行训练，使学生既注重基础训练，又突出能力培养，循序渐进，逐步深入，保护学生学习物理的兴趣，促进学生一些稳定的解题思路的形成，学生思维能力得到均衡发展，学得比较轻松。在纵向教学管理上采取“疗程式”的模式，每一次套餐训练后都及时反馈；在下一次套餐训练时及时强化，逐步加深训练难度，前期训练侧重1、2、3类题型，后期训练侧重3、4类题型，同时注重解题方法的归纳总结，便于学生学习和模仿。在具体施教过程中特别关注学生思维的发生、发展过程，让学生的思维过程有呈现的机会，对学生创造性的思维火花给予及时的鼓励，对其思维上的缺陷，及时校正。经过大约6次的训练，学生能熟练应用动量、机械能进行解题的人数达到全班的80%以上。
本文是笔者十年来关于动量、机械能教学实践的体会，希望能给同行一些有益的帮助。