能量守恒定律不僅是自然界普遍遵守的規(guī)律,而且是研究自然科學(xué)的強有力武器。能量守恒的思想始終貫穿整個中學(xué)的物理教學(xué)始終,同時也是中高考的重點與熱點之一。因此,初中物理教師有必要在教學(xué)過程中有意識地對學(xué)生進(jìn)行“能量意識”的培養(yǎng)與滲透。
例1:(2009寧波中考)如圖1所示,物體甲靜止在水平桌面上,當(dāng)把物體乙輕輕放到甲上后,下列現(xiàn)象不可能發(fā)生的是( )
圖1
A.甲相對于桌面保持靜止?fàn)顟B(tài),而乙相對于甲也靜止
B.甲相對于桌面保持靜止?fàn)顟B(tài),而乙相對于甲沿斜面滑下
C.甲相對于桌面向右運動,而乙相對于甲沿斜面滑下
D.甲相對于桌面向右運動,而乙相對于甲靜止
分析:在解答本題時,很多學(xué)生不知該如何下手,往往是憑借一些生活的經(jīng)驗來做出選擇。對于初中階段的學(xué)生來說,也無法通過受力分析的方法來解答。實際上,該題如果利用能量守恒定律來解答就會容易得多,也便于理解。
對于選項D來說,如果甲相對于桌面向右運動,那么甲的勢能不變而動能增加。此時相對于甲靜止的乙的勢能不變,而乙相對于地面卻是運動的,所以乙也具有一定的動能,那么甲和乙增加的這部分動能是從哪里來的呢?根據(jù)能量守恒定律,能量不可能憑空產(chǎn)生,所以,在把乙輕輕地放到甲上后,就不可能出現(xiàn)D選項所說的情況。因此本題應(yīng)該選擇D選項。
對于選項A來說,甲和乙都保持靜止,那么他們的機(jī)械能不變,能量守恒;對于選項B來說,甲靜止,甲的機(jī)械能總量不變,乙相對于甲下滑,勢能減少,減少的勢能向動能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化,不違背能量守恒定律;對于選項C來說,甲由靜止開始向右運動,甲具有一定的動能,甲增加的動能從哪里來呢?顯然來自于乙下滑過程中所減少的重力勢能,同樣不違背能量守恒定律。
例2:(2001全國初中物理競賽)曉峰想利用電冰箱降低室溫:他先將電冰箱的門打開(如圖2所示),然后接通電源。他這樣做,可以達(dá)到降低室溫的目的嗎?為什么?
圖2
分析:電冰箱的壓縮機(jī)工作后,冰箱冷凍室內(nèi)的蒸發(fā)器溫度降低,吸收空氣的熱量,與此同時,冰箱外部的冷凝器溫度升高,通過熱傳遞將熱量傳給空氣,室內(nèi)空氣的熱量只是被冰箱吸收后又被放出,所以室溫不會降低。
然而,對于初中階段的學(xué)生來說,電冰箱的構(gòu)造和工作原理原本是較難理解的,學(xué)生僅僅利用物態(tài)變化的初步知識來解決該問題的確比較困難。但是,該問題如果用能量守恒定律來解釋卻很方便。對于電冰箱來講,它是用電器,工作過程中是在不斷地消耗電能的,那么消耗掉的電能哪里去了呢?根據(jù)能量守恒定律,能量不可能憑空消失,消耗掉的電能當(dāng)然是轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。因此,隨著時間的推移,室內(nèi)空氣的內(nèi)能是不斷增加的,房間內(nèi)的溫度不僅不會降低,反而會升高。所以,不能用電冰箱來給房間降溫。
例3:如圖3所示,在光滑的水平面上,物體A以較大的速度向前運動,與以較小的速度沿同一方向運動的、連有質(zhì)量不計的彈簧的B發(fā)生相互作用,在作用過程中,當(dāng)A、B動能之和最小時,A、B的速度關(guān)系是( )
圖3
A.V■>V■ B.V■<V■ C.V■=V■ D.無法判定
分析:以A、B及彈簧整體為研究對象,在相互作用過程中,因為只有彈簧的彈力做功,整體機(jī)械能守恒。當(dāng)A、B動能之和最小時,彈簧的彈性勢能最大,即彈簧處于最大被壓縮量;當(dāng)V■>V■時,彈簧在縮短,還未到最大壓縮量;只有當(dāng)V■=V■時,彈簧壓縮量最大。故選C。
例4:如圖4所示,將一個小球從h高處以相同的速度拋出,一次斜向上拋,沿a運動軌跡落地;另一次水平拋,沿b運動軌跡落地,不計空氣阻力。關(guān)于小球落地時動能的大小,下列說法正確的是( )
A.沿a軌跡大
B.沿b軌跡大
C.沿a、b一樣大
D.無法判斷
分析:由于不考慮空氣阻力,因此球被拋出的過程中機(jī)械能守恒。因為斜向上拋和沿水平方向拋出時的高度相同,所以球在剛拋出時的重力勢能相等,又因為球拋出時的初速度相同,所以球的初始動能也相等。也就是說,無論哪種拋出方式,球的初始機(jī)械能都是相等的,沿著軌跡a或者b到達(dá)地面時的重力勢能也是相等的,因為機(jī)械能守恒,所以球落地時的動能也是一樣大的,故選C。
在教學(xué)實踐活動中,我們應(yīng)當(dāng)注重對學(xué)生進(jìn)行“能量意識”的培養(yǎng)與滲透,讓學(xué)生逐步樹立“能量觀”,因為“能量觀”物理教學(xué),體現(xiàn)了物理學(xué)知識的運用方法的最高境界,不僅提高了學(xué)生的物理意識和分析問題、解決問題的能力,而且提高了教師的課堂教學(xué)效率,使物理教學(xué)走向了高效