回歸本源,深挖內(nèi)涵
——以“功”的概念教學為例

◇ 河北 張宇強

“功”的概念是高中物理中最重要的基本概念之一,學生雖然在初中學習過“功”的概念,但由于這個概念過于抽象,學生理解起來比較困難.想要使學生正確地建立概念,需要教師對教材有深刻的理解.

1 “功”的概念的建立

在“功”的概念教學中,很多教師往往直接引用初中物理中“功”的概念,或者直接說“我們初中已經(jīng)學習過功的概念”,然后就匆匆給出功的計算公式,開始讓學生做題,結果可想而知,學生在做題過程中遇到了很多問題,而教師卻覺得自己該講的公式都講了,學生還是不會,于是埋怨學生“不開竅”.事實上,這是由于教師沒有真正吃透教材,真正理解教材的編寫思路所導致的.

人教版高中物理教材《必修2》中“機械能守恒定律”這一章是以功和能的關系為主線展開的,在第2節(jié)開篇就指出了“能量及其轉化”與“功”的概念緊密相連,進而沿著“功能關系”這條主線引入“功”的概念.教材列舉了3個生產(chǎn)生活中的實例(起重機舉起重物對重物做功,機車牽引力對列車做功,手對握力器做功),引導學生認識到“如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化,這個力一定對物體做了功”的規(guī)律.

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

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

2 對“功”的定義式的理解

1)通過對人走樓梯和乘自動扶梯兩個例子的比較,學生認識到：只有力的作用點在力的方向上有了位移,力才會對物體做功,所以位移是指力的作用點相對地面的位移.

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.有了這樣的認識,解決和“功”相關的問題,思路會更加清晰.

3 練習應用

圖1

圖2

可見,概念的教學必須要遵循學生的認知規(guī)律,教師要深刻領會教材的精神,挖掘概念的內(nèi)涵,使學生建立正確的物理觀念,為進一步的科學探究打下基礎.