用功能關系導入物理概念的幾個教學案例

現行的物理教材對動能、重力勢能、電勢、電動勢等概念的引入都是直接給出的，對于為什么要把某個物理量叫這個名字，沒有作任何的解釋，學生也只是機械地接受這一概念，沒有建立概念的構建過程，這不符合學生的認知規律，也不符合新課程的要求。

新課程標準要求從知識技能、過程方法、情感態度價值觀三個維度實施教學，這就要求教師要改變教學觀念：注重過程和方法。下面通過具體的例子，說明用功能關系導入一些物理概念。

案例一：動能概念的引入。

出示問題：一個質量為m的物體，放在光滑的水平面上，在水平拉力F的作用下，從靜止開始勻加速運動，經過一段距離s，物體獲得速度v，求拉力F做的功。

學生解答：由運動學公式v²=2as和a=F/m得Fs=1/2mv²。

師：功能關系是什么?生：功是物體能量轉化的量度，力對物體做功，導致物體的能量變化。師：初中動能是怎么定義的?生：物體由于運動而具有的能叫動能。師：1/2mv²表示了什么?生：物體由于運動的能量可以用1/2mv²可以量度，即物體的動能可以用1/2mv²表示。師：物理學中怎樣表示物體的動能?生：在物理學中用1/2mv²表示物體的動能。

這樣使學生對動能定義的建構過程有了本質的理解，符合學生的認知規律，更注重了概念形成的過程和方法。

案例二：重力勢能概念的引入

出示問題：一個質量為m的物體，從距地面高h處落到地面，求重力做的功是多少?

學生解答很容易算出W_G=mgh；由功能關系，力對物體做功，物體的能量發生變化。師：物體從高處落到地面，重力勢能怎樣變化?生：減少為零。師：減少的重力勢能和重力做功有什么關系?生：減少的重力勢能等于重力做的功，重力勢能的減少量可以用mgh來量度。師：mgh表示了什么?生：表示了物體在某一高度具有的勢能。師：這說明了什么?生：物體的重力勢能可定義為mgh。這樣，把重力勢能mgh就講清楚了。從功和能量的關系，經過科學的認識過程，學生明白了E_p=mgh，然后講重力勢能的相對性就容易理解了。

案例三：電勢能、電勢、電勢差的定義引入

1.電勢能的引入

電勢、電勢差相對而言比較抽象，學生在學習過程中難以理解，怎樣引入呢?從學生相對熟悉的能量出發，先講解一正電荷在勻強電場中電場力做功，同一電荷從電場中同一位置沒沿不同路徑到電場中另外的同一位置，電場力做的功相同。師：電場力做功有什么特點?生：與路徑無關，只與初末位置有關。師：我們以前學過的哪個力做功也有這個特點?生：重力做功。師：重力為什么會做功?生：物體具有重力勢能。師：物體在重力場中具有能量，叫重力勢能；電荷在電場中運動，電場力對電荷做功，說明電荷在電場中也具有能量。我們用一個什么物理量來描述這種能量呢?生：類比重力勢能，得出電勢能s。這樣引入了電勢能的概念。整個過程自然、親切，沒有牽強的痕跡。和重力勢能一樣，電勢能也有相對性。然后介紹電場力做功和電勢能的變化關系。

2.電勢的引入

在有了電勢能的概念后，進一步分析。師：把不同的電荷放入同一電場的同一位置，電荷的電勢能相同嗎?生：不同，相同性質的正電荷，電荷增大幾倍，電勢能增大幾倍。師：觀察一下同一電場中電勢能與檢驗電荷的比值，有什么特點?生：電勢能與檢驗電荷量成正比，但電勢能和電荷量的比值不變。師：看來同一電場中的同一位置，電勢能和電荷量的比值可以反映電場中這一點的能量的性質。我們用一個什么物理量來描述它呢?讓學生類比前面重力勢能與重力的比表示高度的方法，從而導出電勢能和電荷的比值就可以用電勢來描述電場中這一點的能量的性質，得出電勢的概念。

3.電勢差的引入

師：電場中不同的點電勢一般不同，電荷在電場中不同的點電勢能不同，在電場中把一個電荷從電場中的一點移到另一點，電場力的功和電勢能的變化有什么關系?生：電場做功等于電荷電勢能的變化。師：在同一電場中相同兩點間移動電荷，電荷量越大電場力做功怎樣?生：電荷量越大電場力做的功就越多，電勢能的變化量就越大，即同一電場中相同的兩點間移動電荷，電場力做的功與電荷成正比。師：在同一電場中相同的兩點間移動電荷，電場力的功和電荷量的比值變化嗎?生：電場力的功和電荷量的比值不會發生變化。師：怎樣描述電場力的功和電荷量的比值，即電勢能的變化和電荷量之比?用電勢差U12來描述，或者W₁₂/q=ε1-ε2/q=ε1/q-ε2/q而ε1/q、ε2/q是什么?即電荷在電場中這兩點的電勢U1、U2，U12=U1-U2，即電場中兩點電勢的差值叫電勢差。

以上幾個概念的教學，以能量為主線，突出了功和能的關系，通過做功來研究能量，體現了物理學的科學思想，既符合新課程的要求，學習了知識和技能，注重了過程和方法，培養了情感態度價值觀，也符合學生的認知規律，符合從具體到抽象的教學原則。