中学物理动能定理的应用教学探析

【摘要】针对中学物理教学中存在的问题和不足，分析探讨了学生在应用动能定理解决实际问题时容易出现的各种问题及解决办法，并通过具体实例予以说明。对提高学生分析问题和解决问题的能力，提高中学物理教学质量起到了积极的作用。

【关键词】中学物理，动能定理，应用探讨

在普通高中物理教材中介绍了动能定理，即外力对物体所做的功等于物体动能的增量，因为它是一条很重要的物理规律。对中学生来说，这个定理的应用并不复杂，等式的前面是外力对物体所做的功，等式后面是物体动能的增量，只要把外力做的功和动能增量分别表示出来，列成等式，问题就迎刃而解了。而对县级电化教育站的学生来讲，在应用动能定理解决实际问题的时候，往往会出现这样那样的问题，不能很准确的应用此定理。为此，笔者找了部分同学，与他们进行了深入细致的交流，并结合多年从事中学物理教学的经验，分析探讨出现这种问题的原因以及补救的措施。

1.在教学中要大胆地指出教科书中的不全面之处，力求给学生一个充分准确的理由，从而得出一个正确的结论

笔者认为教材中的分析就有点不妥。书中假设有一辆质量为m的汽车，在不变的牵引力F的作用下行驶，速度由v1增加到v2，相应的行驶距离为s，那么，在此过程中，汽车的加速度多大？汽车运动的速度v1、v2跟牵引力F、距离s的关系是怎样的？

根据牛顿第二定律有：F=ma

由运动学公式有：a=v22-v12

由此可得Fs=12mv22-12 mv12

我们知道，汽车行驶时除了受到牵引力，还受到阻力，所以，牵引力F不是汽车受到的合外力；而牛顿第二定律中的F表示的是物体受到的合外力。而教材中没有任何说明，这样的依据可信度大打折扣。所以，在教学中必须特别强调这一点，应把F看成是汽车所受到的牵引力和运动阻力的合力，这样为后面得出动能定理找到合理的依据，使学生明确在动能定理中外力对物体所做的功是指合外力对物体所做的功，而不是某一个外力对物体所做的功，这样就可以避免学生在做题时，求出某个外力对物体做的功就等于物体动能的增量的错误。使学生充分认识到动能定理表示的是合外力做的功，或外力对物体所做的总功与物体动能增量之间的关系。而在求合外力做的功时，可以通过两种途径得到，一种是先求出物体所受的外力的合力，然后根据功的公式计算；另外一种方法就是先求出物体所受各个外力对物体做的功，这些功的代数和就是外力对物体做的总功。

2.就是在求动能增量时，要用运动阶段的末动能减去初动能，明确了这一点，就可避免有些同学总是用较大的量减去较小的量的错误

例：80Kg的物体以10m/s的初速度在水平地面上滑行了一段距离，最后停止，已知物体与地面间的动摩擦因数量是0.2，求这段距离有多长？

解：由题知，物体在滑行过程中所受的合外力就等于滑动摩擦力：

f=μN=-0.2×80×10N=-160N，合外力做的功：W=fs=-160S，动能的增量：Ek=0-12mv02=0-12×80×102J=-4000J，由动能定理 W=Ek 得：S=25m。

在这个题目的解答过程中，往往有的学生习惯于用较大的量减去较小的量，把动能的增量算成正值，即Ek=12mv02-0，这样的话，摩擦力对物体做的功也成了正值，很显然是错误的。

最后，培养学生积极运用新知识的兴趣，让学生体会用能量的观点解决力学问题的好处。

例如：在粗糙的水平面上有一个静止的木箱，一个小孩用力F水平推木箱，通过位移S后停止作用，木箱在水平面上滑行了3S后停下来，则木箱受地面的阻力为多大？

解法一：用运动学公式和牛顿第二定律求解

设木箱质量为m，受地面的阻力为f，木箱在推力F作用下发生了S的位移，速度由零增大到v，此时的加速度为a1，F停止作用后加速度为a2

由牛顿第二定律得a1=F-fm，a2=-fm；

由运动学公式vt2-v02 得a1=v22s，a2=-v26s 。

由此可得：a1=F-fm=v22s ，a2=-fm=-v26s ，解得f=F4。

解法二：用动能定理求解

设木箱所受地面的阻力为f，则F做正功，f做负功，全过程中合外力做的功为W=FS-f×4s=Fs-4fs ，动能的增量为零，即W=Fs-4fs=0，解得f=F4。

以上两种解法相比，显然第二种解法要简捷的多。通过这样的比较，让学生充分体会到用能量的观点解决力学问题的好处。用运动学公式解决时要考虑中间的各个环节，还要求出加速度，且有几个运动过程而应分段考虑，运算过程很复杂，而用能量的观点考虑问题时，可以不管运动过程中的许多细节，只要知道初状态和末状态的速度，以及合外力做了多少功就可列式算出来，特别是有些物体在运动过程中受到变力作用的时候，我们就无法用运动学公式进行计算，例如汽车在额定功率下启动，牵引力随汽车速度的增大而减小，汽车所受的合外力也在减小，加速度也在减小，那么用匀变速直线运动的公式就无法计算，只有用能量的观点来解决，通过这样的具体例子，使学生认识到用能量的观点，解决问题具有很大的优越性，引导学生多用动能定理解决遇到的问题，那么就可以熟练掌握动能定理了。与此同时要尽量培养学生高瞻远瞩的意识，有意激发学生探索新知识，掌握新方法的欲望，这样可以养成学生自主学习的习惯，学生学起来也轻松。