周萬里

【摘 要】在能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程中，許多科學(xué)家為之付出了巨大的努力，也留下了寶貴的經(jīng)驗，為物理教學(xué)提過了豐富的材料，通過對能量守恒的認(rèn)真學(xué)習(xí)，必將對同學(xué)們的價值觀念思維能力產(chǎn)生深遠的影響。

【關(guān)鍵詞】能量守恒 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化 核心素養(yǎng)

中圖分類號：G4 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.03.053

新修訂的2017年版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)科本質(zhì)為中心，充分體現(xiàn)物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，為終生發(fā)展、應(yīng)對社會挑戰(zhàn)打基礎(chǔ)，新課標(biāo)具體要求以包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，下面我以能量的轉(zhuǎn)化與守恒為例詳細分析其在物理核心素養(yǎng)中的意義。

一、認(rèn)識能量的轉(zhuǎn)化與守恒

1.自然界中的能量的形式不盡相同，如：內(nèi)能、勢能、動能等。

2.各種能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，例如箭從弓上射出的過程就是把彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程。

3.一種形式能量的改變對應(yīng)一種形式的力做功，例如由動能定理可知動能的改變等于合力所做的功，重力勢能的改變只能通過重力做功來實現(xiàn)。

4.功是能量轉(zhuǎn)化的量度，不同形式的能量在轉(zhuǎn)化過程中必須通過做功來實現(xiàn)，而且力做多少功對應(yīng)的能量就轉(zhuǎn)化多少。

5.能量守恒定律：能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另外一種形式，從一個物體轉(zhuǎn)移到另外一個物體或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程中其總量保持不變。

二、在物理觀念的意義

物理觀念是基于物理學(xué)概念規(guī)律等的學(xué)習(xí)，以物理學(xué)視角分析自然現(xiàn)象和實際問題。通過對能量守恒的學(xué)習(xí)，我們來看一個摩擦生熱的現(xiàn)象，摩擦生熱是一種常見的物理現(xiàn)象，但很少有人知道摩擦為什么會生熱？

在這里“熱”指溫度，而溫度是物體內(nèi)能的體現(xiàn)，通過能量守恒可知，在摩擦的過程中，物體克服摩擦力做功，把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體的內(nèi)能增大從而導(dǎo)致溫度升高，摩擦過程能量并沒有消失，只是通過做功從一種形式轉(zhuǎn)化為另外一種形式而已，這就是能量守恒的規(guī)律。“摩擦焊接”技術(shù)有著精度高、范圍廣、成本低等優(yōu)點而被廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中，它就是將兩個焊件的焊接端面上加一定的軸向壓力，使接觸面間劇烈的摩擦運動，使接觸面溫度不斷升高，達到一定的焊接溫度時停止運動，再施加一定的壓力，使兩個焊件牢固地焊接在一起，通過對能量的轉(zhuǎn)化利用就能很好的服務(wù)于我們的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活。

三、在科學(xué)思維的意義

學(xué)生通過對實際問題的質(zhì)疑批判、假設(shè)猜想、分析綜合、邏輯推理等科學(xué)方法對實際問題進行抽象概括和物理建模而具備的能力就是科學(xué)思維。能量的轉(zhuǎn)化與守恒的思想對我們合理的解決各類問題提供了依據(jù)，電力的有效利用是第二次工業(yè)革命的基礎(chǔ)，而我們現(xiàn)在的生活更是離不開電，正所謂一日無電，度日如年，所以人們通過各種方式來獲得電能，如風(fēng)力發(fā)電是將空氣的動能轉(zhuǎn)化為電能的過程水力發(fā)電，它是將水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的過程，這些過程都是對能量的轉(zhuǎn)化與守恒的思想有效利用。能量守恒對解決新問題，預(yù)言新事物提供了強有力的理論依據(jù)。在物理學(xué)史上有不少杰出的人才為了發(fā)明永動機付出巨大的精力和時間，他們設(shè)想不用消耗任何燃料而不停地運轉(zhuǎn)，源源不斷地提供能量，但結(jié)果確是徒勞無獲，直到19世紀(jì)關(guān)于能量守恒定律的確立，人們才認(rèn)識到永動機是不可能制造出來的。

四、在科學(xué)探究的意義

科學(xué)探究是針對物理問題，通過觀察和實驗的手段對獲得的現(xiàn)象結(jié)果進行分析論證的過程，也是對探究過程中對交流、評估、反思等能力的考驗和鍛煉。愛因斯坦說過：“純粹邏輯思維不能給我們?nèi)魏谓?jīng)驗世界的知識，所有真實的知識都是從經(jīng)驗出發(fā)并在經(jīng)驗中完成?！庇茖W(xué)家焦耳，從最初的磁電機做功發(fā)熱現(xiàn)象開始，對電流的熱效應(yīng)進行了大量的實驗研究，最終發(fā)現(xiàn)了焦耳定律，得出消耗的電能等于電阻增加的內(nèi)能，為能量守恒定律的通過了有力證據(jù)。在高中物理教學(xué)中通過安排驗證動能定理和機械能守恒定律的實驗等科學(xué)探究的內(nèi)容來鍛煉同學(xué)們的動手操作、交流分析、思考判斷等相關(guān)的科學(xué)素養(yǎng)，使同學(xué)們具備適應(yīng)新環(huán)境迎接新挑戰(zhàn)的能力。

五、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感是在科學(xué)知識的學(xué)習(xí)中，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，包括嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，對社會可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是有條件的，動物吃草人吃飯，都是為了獲得能量，但是人很難通過吃草來獲得能量，這就要求我們養(yǎng)成節(jié)約的習(xí)慣，珍惜資源，用能量守恒的觀點看問題，強烈的責(zé)任感對待我們的生活。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程是漫長而又艱辛的，期間充滿著各種挑戰(zhàn)，德國科學(xué)家邁爾年輕的時候是一位醫(yī)生，他在一次隨船從荷蘭到印度的過程中發(fā)現(xiàn)病人的靜脈血比在歐洲時更加鮮紅，他經(jīng)過認(rèn)真思考發(fā)現(xiàn)，紅色素是血液中氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，赤道附近天氣炎熱，人的體溫不需消耗太多的能量，從而不需要消耗太多的氧，導(dǎo)致血液更加鮮紅，邁爾并沒有止步于此，回去后他繼續(xù)探究，發(fā)現(xiàn)通過攪拌紙漿，可以使紙漿溫度升高，通過大量的實驗逐漸認(rèn)識到了能量之間相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，在他發(fā)表的數(shù)篇論文中，明確提出能量是不滅的，可以相互轉(zhuǎn)化的，物質(zhì)的量是守恒不變的，它既適用于物質(zhì)也適用于能量。這些理論為能量守恒定律的最終提出奠定了堅實的基礎(chǔ)，盡管如此，他的觀點在當(dāng)時沒有得到廣泛認(rèn)可，他在演說自己的觀點時卻被認(rèn)為是瘋子，甚至遭到了很多詆毀和攻擊，最終被關(guān)進了精神病院遭遇了數(shù)年的非人待遇，這是物理學(xué)的不幸，但隨著科學(xué)的發(fā)展人們最終認(rèn)識到了能量守恒定律的正確性和普遍性，邁爾的晚年苦盡甘來，得到了應(yīng)有的榮譽和待遇，邁爾本著求真務(wù)實的態(tài)度，堅持不懈的努力，為物理學(xué)的發(fā)展做出了很大的貢獻，他的科學(xué)精神值得學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)。

能量守恒的規(guī)律不只是物理課本的一個知識點，作為物理學(xué)中三大守恒定律之一，更是一種分析處理問題的思維，也是為人處世的一種觀念，它的理論對整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展的影響是巨大的，它的思想對整個社會的可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。能量守恒必將發(fā)揮其在物理學(xué)科核心素養(yǎng)教育中的意義。