力的功對運(yùn)動物體的哪方面有“功勞”

張建湘

在高中物理教學(xué)中，當(dāng)我們在講授功的概念時常會進(jìn)入“說文解字”的古典的教學(xué)軌道。于是,問題便自然而然地呈現(xiàn)出來：力的功是指力對運(yùn)動物體的哪個方面有“功勞”？有“貢獻(xiàn)”呢？學(xué)生們通常會錯誤地回答：對物體的移動（位移）有“功勞”和“貢獻(xiàn)”。其實(shí)，在物理的邏輯中物體發(fā)生位移是可以不需要力的，因?yàn)槲矬w運(yùn)動是可以不需要力的。我們在初中教材中關(guān)于功的切入角度很容易導(dǎo)致學(xué)生犯這樣的錯誤。學(xué)習(xí)任何東西都應(yīng)從它最簡單、最基本的情形入手，功的最簡單最基本的情形就是：恒力（與位移方向相同的恒力）做功。因此,按此恒力做功的公式“W=FS”來切入功就是再自然不過的事了，初中的物理教材就是這樣處理

功的概念的。這樣做的好處是能讓初學(xué)者較輕松地把握住功的概念，并能很快地進(jìn)行簡單運(yùn)用，在活動中去感受它，在運(yùn)用中去熟悉它，至于它的清晰度和準(zhǔn)確度就只能留到后面去發(fā)現(xiàn)了。

高中物理中功的概念的教學(xué)不是初中的簡單重復(fù)，在向上發(fā)展的同時也必須向下挖掘。在實(shí)際教學(xué)活動中很多物理教師，特別是年輕的物理教師往往忽略了向下的挖掘。

《高中物理(必修)》（人教版）第七章第二節(jié)《功》先從歷史的角度強(qiáng)調(diào)功與能的關(guān)系，再在回顧初中物理相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上提出力做功的兩個條件:力和物體在力的方向上發(fā)生的位移，然后是通過對恒力做功情形的展開與討論，發(fā)展與提升學(xué)生對功的認(rèn)識,這是本節(jié)教材的重心。在以往的教學(xué)過程中反映出學(xué)生對力做功條件的認(rèn)識有些模糊,具體表現(xiàn)在：一是對變力做功的定性判斷；二是對瞬時功率的理解；三是對動能定理的理解。學(xué)生們在以上方面的模糊認(rèn)識都源于我們對力的做功條件只是基于對做功的過程分析探究得出的，嚴(yán)格說來并不十分準(zhǔn)確和清晰。換一種說法就是向下挖掘得還不夠。于是想，是不是還有辦法補(bǔ)救呢？是不是還有更好的切入角度呢？如果我們現(xiàn)在就能使它變得清晰準(zhǔn)確，那為什么還要等到以后再去發(fā)展呢？

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書〈人教版〉其實(shí)給了我們答案：

在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中，力的作用效果就是改變物體的運(yùn)動狀態(tài)，因?yàn)閷|(zhì)點(diǎn)而言外形改變和體積改變是可以忽略不計的，而運(yùn)動狀態(tài)的改變包含速度大小的改變和速度方向的改變兩個方面。作用在物體上，垂直運(yùn)動速度的力將只能改變運(yùn)動速度的方向，不能改變大小；與速度在一直線上的力將只能改變速度的大小（一致時將迫使物體速度變大，相反則將迫使速度變小），但不能改變速度的方向；與速度既不垂直也不在同一直線上的力可以分解到這兩個方向上，同時將改變運(yùn)動物體的速度方向和速度的大小，進(jìn)而得出：力的功是指力對運(yùn)動物體速度大小的改變有“功勞”有“貢獻(xiàn)”！（而物體的動能是只與速度大小有關(guān)的標(biāo)量，光有速度方向的改變是不會導(dǎo)致物體動能改變的。也就是說力的功是指力對物體動能的改變有“功勞”有“貢獻(xiàn)”，這也就為后面學(xué)習(xí)動能定理做好了鋪墊。教學(xué)中還是宜分兩步完成，概念建立用的時間長，學(xué)生印象深理解得也就好。）

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（人教版）在第五章第七節(jié)《向心力》中有：變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動這一部分教材，其后又安排有相關(guān)的“做一做”興趣小實(shí)驗(yàn)和“問題與練習(xí)”中的習(xí)題，已經(jīng)為力的功是對物體速度大小的改變有“功勞”有“貢獻(xiàn)”埋下了伏筆。在這里教師可以引導(dǎo)學(xué)生探討：力是怎樣改變質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)這個問題？什么條件下只改變速度的大小？什么條件下只改變速度的方向？在講功時，再合理組織安排這些材料，引導(dǎo)學(xué)生自己得出前面所說的觀點(diǎn)，就不會感到生硬，而是水到渠成，順理成章。

其次就是從引導(dǎo)學(xué)生建立起較完整清晰的力的概念，這樣的挖掘也是很有必要的。在高中力學(xué)中學(xué)生遭遇最多的問題恐怕就是：力改變物體的運(yùn)動狀態(tài)。那么讓學(xué)生們體會出每一瞬間物體受到的每一個力，在改變運(yùn)動狀態(tài)中扮演什么角色？（是負(fù)責(zé)改變方向？還是大小？還是兩者皆而有之？）

上述觀點(diǎn)其實(shí)就是從運(yùn)動物體的瞬時狀態(tài)去把握功的概念，在提升的同時向下挖掘。把它作為從過程中建立起來的功的概念的補(bǔ)充，對學(xué)生們來說是大有益處的。一方面可以加深學(xué)生對力的認(rèn)識，能初步回答力是怎樣改變質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)這個問題；另一方面可讓他們對功的認(rèn)識變得更準(zhǔn)確、清晰。在實(shí)際教學(xué)中我按照這樣的思路進(jìn)行教學(xué)嘗試，效果令我十分滿意，學(xué)生在學(xué)習(xí)瞬時功率和動能定理以及得出“功是能的轉(zhuǎn)化的量度”等知識時變得很順暢。故謹(jǐn)記文于此，供同行們參考。算是我在使用普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（人教版）進(jìn)行第一輪教學(xué)的一點(diǎn)體會。