回归本源,深挖内涵——以“功”的概念教学为例

◇ 河北 张宇强

“功”的概念是高中物理中最重要的基本概念之一,学生虽然在初中学习过“功”的概念,但由于这个概念过于抽象,学生理解起来比较困难.想要使学生正确地建立概念,需要教师对教材有深刻的理解.

1 “功”的概念的建立

在“功”的概念教学中,很多教师往往直接引用初中物理中“功”的概念,或者直接说“我们初中已经学习过功的概念”,然后就匆匆给出功的计算公式,开始让学生做题,结果可想而知,学生在做题过程中遇到了很多问题,而教师却觉得自己该讲的公式都讲了,学生还是不会,于是埋怨学生“不开窍”.事实上,这是由于教师没有真正吃透教材,真正理解教材的编写思路所导致的.

人教版高中物理教材《必修2》中“机械能守恒定律”这一章是以功和能的关系为主线展开的,在第2节开篇就指出了“能量及其转化”与“功”的概念紧密相连,进而沿着“功能关系”这条主线引入“功”的概念.教材列举了3个生产生活中的实例(起重机举起重物对重物做功,机车牵引力对列车做功,手对握力器做功),引导学生认识到“如果物体在力的作用下能量发生了变化,这个力一定对物体做了功”的规律.

笔者在讲授这节课时,除了教材中的这些实例,还举了一些更加贴近生活的实例.例如：让学生分析,人步行上楼梯,楼梯对人的支持力是否对人做功?

大多数学生会根据初中物理中的概念,认为有力、物体在力的方向上有位移,所以支持力对人做了功.针对这一情况,笔者引导学生从能量变化上进行思考,提出如下问题：人上楼过程中,增加的机械能是否消耗了楼梯的能量? 人增加的机械能是楼梯对人做功的结果吗? 人上楼过程中到底消耗了谁的能量?是谁对人做了功? 学生通过思考讨论,认识到是人自身腿部的肌肉作用力对人做功,消耗了人自身的能量.再进行追问：人站在自动扶梯上升高的过程中,扶梯是否对人做了功? 人上升过程中增加的能量是由什么能量转化而来? 通过思考讨论,学生更清晰地认识到：描述“功”就要明确做功的力,同时体会功和能量变化之间的必然联系.通过对这些问题的分析,学生形成了如下观念：“做功的过程中,能量发生了变化,哪个物体能量发生了变化,它就对其他物体做了功.”

2 对“功”的定义式的理解

1)通过对人走楼梯和乘自动扶梯两个例子的比较,学生认识到：只有力的作用点在力的方向上有了位移,力才会对物体做功,所以位移是指力的作用点相对地面的位移.

2)功的定义式可以理解为：把力分解为沿位移和垂直于位移两个方向,垂直于位移方向上的力不做功,所以力F 做的功为W ＝Fcosα·l；另一方面,位移也是矢量,可以将位移分解为沿力和垂直于力两个方向,力在垂直于位移方向上不做功,所以力做的功为W ＝F·lcosα.总之,我们对功的概念的理解有以下两种：a)力×力方向上的位移；b)位移×位移方向上的力.有了这样的认识,解决和“功”相关的问题,思路会更加清晰.

3 练习应用

图1

图2

可见,概念的教学必须要遵循学生的认知规律,教师要深刻领会教材的精神,挖掘概念的内涵,使学生建立正确的物理观念,为进一步的科学探究打下基础.