回歸本源,深挖內(nèi)涵
——以“功”的概念教學(xué)為例

◇ 河北 張宇強(qiáng)

“功”的概念是高中物理中最重要的基本概念之一,學(xué)生雖然在初中學(xué)習(xí)過(guò)“功”的概念,但由于這個(gè)概念過(guò)于抽象,學(xué)生理解起來(lái)比較困難.想要使學(xué)生正確地建立概念,需要教師對(duì)教材有深刻的理解.

1 “功”的概念的建立

在“功”的概念教學(xué)中,很多教師往往直接引用初中物理中“功”的概念,或者直接說(shuō)“我們初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)功的概念”,然后就匆匆給出功的計(jì)算公式,開始讓學(xué)生做題,結(jié)果可想而知,學(xué)生在做題過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題,而教師卻覺(jué)得自己該講的公式都講了,學(xué)生還是不會(huì),于是埋怨學(xué)生“不開竅”.事實(shí)上,這是由于教師沒(méi)有真正吃透教材,真正理解教材的編寫思路所導(dǎo)致的.

人教版高中物理教材《必修2》中“機(jī)械能守恒定律”這一章是以功和能的關(guān)系為主線展開的,在第2節(jié)開篇就指出了“能量及其轉(zhuǎn)化”與“功”的概念緊密相連,進(jìn)而沿著“功能關(guān)系”這條主線引入“功”的概念.教材列舉了3個(gè)生產(chǎn)生活中的實(shí)例(起重機(jī)舉起重物對(duì)重物做功,機(jī)車牽引力對(duì)列車做功,手對(duì)握力器做功),引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到“如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化,這個(gè)力一定對(duì)物體做了功”的規(guī)律.

筆者在講授這節(jié)課時(shí),除了教材中的這些實(shí)例,還舉了一些更加貼近生活的實(shí)例.例如：讓學(xué)生分析,人步行上樓梯,樓梯對(duì)人的支持力是否對(duì)人做功?

大多數(shù)學(xué)生會(huì)根據(jù)初中物理中的概念,認(rèn)為有力、物體在力的方向上有位移,所以支持力對(duì)人做了功.針對(duì)這一情況,筆者引導(dǎo)學(xué)生從能量變化上進(jìn)行思考,提出如下問(wèn)題：人上樓過(guò)程中,增加的機(jī)械能是否消耗了樓梯的能量? 人增加的機(jī)械能是樓梯對(duì)人做功的結(jié)果嗎? 人上樓過(guò)程中到底消耗了誰(shuí)的能量?是誰(shuí)對(duì)人做了功? 學(xué)生通過(guò)思考討論,認(rèn)識(shí)到是人自身腿部的肌肉作用力對(duì)人做功,消耗了人自身的能量.再進(jìn)行追問(wèn)：人站在自動(dòng)扶梯上升高的過(guò)程中,扶梯是否對(duì)人做了功? 人上升過(guò)程中增加的能量是由什么能量轉(zhuǎn)化而來(lái)? 通過(guò)思考討論,學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)到：描述“功”就要明確做功的力,同時(shí)體會(huì)功和能量變化之間的必然聯(lián)系.通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析,學(xué)生形成了如下觀念：“做功的過(guò)程中,能量發(fā)生了變化,哪個(gè)物體能量發(fā)生了變化,它就對(duì)其他物體做了功.”

2 對(duì)“功”的定義式的理解

1)通過(guò)對(duì)人走樓梯和乘自動(dòng)扶梯兩個(gè)例子的比較,學(xué)生認(rèn)識(shí)到：只有力的作用點(diǎn)在力的方向上有了位移,力才會(huì)對(duì)物體做功,所以位移是指力的作用點(diǎn)相對(duì)地面的位移.

2)功的定義式可以理解為：把力分解為沿位移和垂直于位移兩個(gè)方向,垂直于位移方向上的力不做功,所以力F 做的功為W ＝Fcosα·l；另一方面,位移也是矢量,可以將位移分解為沿力和垂直于力兩個(gè)方向,力在垂直于位移方向上不做功,所以力做的功為W ＝F·lcosα.總之,我們對(duì)功的概念的理解有以下兩種：a)力×力方向上的位移；b)位移×位移方向上的力.有了這樣的認(rèn)識(shí),解決和“功”相關(guān)的問(wèn)題,思路會(huì)更加清晰.

3 練習(xí)應(yīng)用

圖1

圖2

可見,概念的教學(xué)必須要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,教師要深刻領(lǐng)會(huì)教材的精神,挖掘概念的內(nèi)涵,使學(xué)生建立正確的物理觀念,為進(jìn)一步的科學(xué)探究打下基礎(chǔ).