“功的正負”演示實驗設計

魯 斌

(浙江省余姚中學 浙江 寧波 315400)

“功的正負”演示實驗設計

魯 斌

(浙江省余姚中學 浙江 寧波 315400)

“功”這節課選自人教版必修2第七章第2節．第一節“追尋守恒量”是為引入功，本節課是對初中“功”的概念的進一步拓展和深化，從簡單到特殊，從一般到復雜．并進一步從功能關系的角度，闡述做功的意義．

本課的重難點之一，便是得到做功的表達式后，對功的正負以及功正負的意義進行探討．

學生在學習過程中，對功的正負的理解往往很不到位，對功的正負所對應的運動情況和能量轉化情況不能做到很好的了解．在課堂教學中，我們可以通過設計如下教學過程和演示進行這一環節的課堂教學．

1 引入討論

師：通過前面的學習，我們已經得到做功的表達式

W=Flcosα

該式和初中功的定義相比，多了cosα這一項，接下來，我們有必要對其進行討論．

2 例舉物理量正負的意義

師：在之前的課堂教學中，我們學過很多物理量，他們的正負表示什么意義呢？

有的物理量的正負代表方向，譬如位移、速度；

有的物理量的正負代表電性，如正電荷、負電荷；

有的物理量的正負代表高低，譬如溫度，10 ℃的水一定比-15 ℃的水溫度高．

問：假設一個力做了10 J的功，另一個力做了-15 J的功，哪個力做功多呢？

3 實驗探究

進行如下實驗．

在氣墊導軌上放上一個滑塊，并用橡皮繩連在一端，另一端固定在中間不動的鐵架臺上，如圖1所示．

圖1 功的正負演示儀

將小滑塊移到左邊某一點，使橡皮繩伸長，然后釋放．

學生觀察實驗現象：滑塊在彈簧彈力作用下加速．

師：為什么會產生這樣的現象呢？

我們來分析彈力的做功情況．

用圓規的一端表示彈力的方向，用另一端表示位移的方向，如圖2所示．在這種情況下，力的方向與位移方向小于90°，彈力做正功．

圖2 彈簧彈力做正功

師：做正功的效果是什么呢？

生：為物體提供動力，促使物體加速．

師：這之間是怎樣的能量轉化關系呢？

生：彈性勢能轉化為動能．

師：彈力做正功，彈性勢能轉化為動能．所以，做正功的意義是將施力物體的能量傳遞給受力物體，它表示了能量的傳遞方向．

現在滑塊運動到了另一端，大家發現它在減速．

在這種情況下，力的方向與位移方向大于90°，彈力做負功，彈性勢能增加，如圖3所示．所以，做負功的意義是將受力物體的能量傳遞給施力物體，它也同樣表示能量傳遞的方向．

圖3 彈簧彈力做負功

4 總結

從上面的實驗結果，我們已經了解了功的正負的物理意義．

一個力對物體做正功，此力為物體提供動力，促使物體加速，并將施力物體的能量傳遞給受力物體，實現能量的傳遞．

一個力對物體做負功，此力為物體提供阻力，阻礙物體運動，并將受力物體的能量傳遞給施力物體，實現能量的傳遞．

功的正負其實表明了能量傳遞的的方向．

5 結束語

本實驗運用于功的正負環節的課堂教學，小滑塊的加速減速情況現象明顯，圓規演示力與位移的方向和夾角現象明顯．此外，本實驗還可以用于第一節“追尋守恒量”的教學．實驗用的低勁度系數的橡皮筋可用來精確的探究“探究功與速度變化關系實驗”的教學．

2016-04-02)