關(guān)于動能定理有效使用的教學(xué)反思

        動能定理是高中物理的重點、難點，也是高考命題的熱點，考試大綱中明確要求考生對定理、定律、概念的靈活掌握與應(yīng)用的能力。動能定理揭示了物體外力的總功與其動能變化間的關(guān)系，可表示為W=Ek2－Ek1=△Ek，在所研究的問題中，如果物體受外力作用而運動狀態(tài)變化時，巧妙運用動能定理，往往能使解決問題的途徑簡捷明快，事半功倍。但是學(xué)生解題時始終習(xí)慣于用牛頓運動定律，即使用了動能定理也經(jīng)常出現(xiàn)諸多問題。因此，動能定理的應(yīng)用解題就成為高中物理教學(xué)的難點。筆者認為，關(guān)于動能定理有效使用的教學(xué)應(yīng)從以下幾方面入手：
        一、深刻理解，領(lǐng)會總功與動能變化的關(guān)系
        動能定理是力學(xué)中的最重要的規(guī)律之一，也是解決電場問題的重要方法。教師在實施動能定理的教學(xué)時首先要從功能關(guān)系的角度使學(xué)生理解動能定理的含義，若理解不透或理解錯誤，這將對整個中學(xué)階段學(xué)習(xí)造成很大障礙。筆者認為對動能定理的理解及運用應(yīng)注意以下幾個要點：
        ①外力：指除研究對象以外包括重力的其他所有力對研究對象施加的作用。教材用一個恒力作用，來推導(dǎo)出動能定理。事實上這個外力可以是一個力作用，也可以是多個力作用；可以是恒力作用，也可以是變力作用（變力情況可以將過程分割成許多小段，每一小段里作用力即可看成是恒力）。
        ②總功：這里的總功有兩種理解：一是物體同時受幾個力的作用，總功是指這幾個力的合力所做的功，此時動能定理的表達式可以寫成 （ 為F合和S的夾角）；二是各個力做功的代數(shù)和，這種情況下各個力作用的時空可以不同(如有先，有后，時有，時無)，只要把所有力，每一階段所做功都求出來，求其代數(shù)和，此時動能定理的表達式可以寫成 。實際中，應(yīng)用第二個理解解題會經(jīng)常一些。
        ③動能的變化：動能是物體由于運動而具有做功本領(lǐng)的強弱，描述物體運動狀態(tài)的物理量，是狀態(tài)量，不能直接與功這個過程量對應(yīng)。而動能的變化是指在兩個狀態(tài)之間的過程中動能改變了多少，是末動能減去初動能，這樣也就能與功這個過程量對應(yīng)起來。
        ④總功與動能變化的關(guān)系：做功過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，物體動能的變化用合外力做的總功來量度。當合外力做正功時，物體的動能增加，其他形式的能轉(zhuǎn)化為動能；當物體克服合外力做功時，物體的動能減小，動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。因此，動能定理表達式中“=”的意義是一種因果關(guān)系，是一個在數(shù)值上相等的的符號，不意味著“功就是動能的增量”，也不意味著“功轉(zhuǎn)變成了動能”，而是意味著“功引起物體動能的變化”。
        二、精選例題，體會動能定理解題的優(yōu)越性
        動能定理是由牛頓運動定律和運動學(xué)公式推導(dǎo)出來，但由于中學(xué)數(shù)學(xué)知識的局限，牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律在中學(xué)階段只能解決恒力作用下的勻變速直線運動問題，而且對于分階段的不同運動過程，往往需要一個一個過程分別解決。而動能定理只關(guān)注整個過程所有力做功情況以及始末狀態(tài)的動能情況，具體過程中物體的如何運動無需了解，所以其適用范圍比牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律更廣泛，能解決直線運動，也能解決曲線運動問題；能解決恒力作用，也能解決變力作用問題。對于分階段的不同運動過程，可以從全過程的初始狀態(tài)到終了狀態(tài)直接解決。
        例題  總質(zhì)量為M的列車，沿水平直線軌道勻速前進，其末節(jié)車廂質(zhì)量為m，中途脫節(jié)，司機發(fā)覺時，機車已行駛L的距離，于是立即關(guān)閉油門，除去牽引力，如圖所示。設(shè)運動的阻力與質(zhì)量成正比，機車牽引力是恒定的。當列車的兩部分都停止時，它們的距離是多少？ 
                解析   此題用動能定理求解比用運動學(xué)、牛頓第二定律求解簡便。設(shè)途中牽引力為F，阻力位重力的k倍，勻速時的速度為V0，關(guān)閉油門后，機車行駛S1，末節(jié)車廂行駛S2對車頭，脫鉤后的全過程用動能定理得： 
        對車尾，脫鉤后用動能定理得： 而 ，由于原來列車是勻速前進的，所以F=kMg
        因此，物體在某個運動過程中包含幾個運動性質(zhì)不同的小過程（如加速、減速過程），此時可分段考慮，也可對全過程考慮，但如能對整個過程利用動能定理列式則使問題簡化。
        三、規(guī)范思路，掌握動能定理解題的基本方法
        動能定理中涉及的物理量有F、s、m、v、W、Ek等，在處理含有上述物理量的力學(xué)問題時，可以考慮使用動能定理.由于只需從力在整個位移內(nèi)的功和這段位移始、末兩狀態(tài)的動能變化去考察，無需注意其中運動狀態(tài)變化的細節(jié)，又由于動能和功都是標量，無方向性，無論是直線運動還是曲線運動，計算都會特別方便。動能定理解題的基本思路是：一選擇，二明確，三分析，四判斷，五列式。
        一選擇，即選擇研究對象,動能定理的研究對象可以是一個物體也可以是一個系統(tǒng),但在高中階段,只暫作一個物體的要求。
        二明確，即明確過程和狀態(tài),動能定理表達式中的初動能和末動能都是狀態(tài)量,只有明確過程才有確切的初末狀態(tài)。
        三分析，即在確定對象和過程的情況下,對物體準確受力分析。
        四判斷，即判斷所受力中哪些力做功,哪些力不做功,做正功還是負功,是恒力做功還是變力做功。
        五列式，動能定理是功能關(guān)系的具體體現(xiàn)之一，反映了其他形式的能通過做功形式而和動能轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系。在動能定理中，只出現(xiàn)動能（等式的右邊），其他形式的能并不出現(xiàn)，而是以各種性質(zhì)的力所做的總功(等式左邊)的形式表現(xiàn)出來而已。

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