研究高中物理功與能關系的教學

許鐵

【摘 ? ?要】功與能的關系問題涉及力學、熱學、電磁學等物理知識的交匯和融合，具有較強的綜合性，是歷屆高考必考的考點，也是高中物理學習的重點和難點，對學生清晰的邏輯思維和判斷推理能力提出了更高的要求。本文就高中物理教學的重點難點——功能關系進行探究，教會學生學習如何利用功能關系解決物理問題。

【關鍵詞】高中物理 ?功與能關系 ?教學探究

中圖分類號：G4 ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.20.091

物理是一門以實驗為基礎、具有一套嚴密系統和方法的基礎學科。物理學成為一門系統的學科經過了漫長的發展和成熟過程，創造了我們現代化的科學文明生活，推動了人類文明的進程。物理來源于自然，來源于生活，學好物理有助于培養學生科學的使用思想，養成嚴謹的學習態度，培養學生用眼睛發現客觀事實、動腦筋探索客觀規律的能力和創造性思維。高中物理有運動學、力學、電磁學等幾個板塊，其中，最具有挑戰性的就是研究功能關系的問題，在高考中既是重點也是難點，它涉及力學、熱學、電磁學等知識的綜合和應用，在高中物理教學中有著重要地位，常常以選擇題、填空題、壓軸大題為主要出題方式，研究的物理過程比較靈活復雜，要求學生能夠有較強的邏輯思維能力和物理知識的綜合運用能力，這成為很多學生學習上的障礙。如何理解與功能關系相關的物理知識，樹立正確科學的思想，掌握恰當的解題方法，是學生學習的關鍵。

首先，明確功和能的概念以及它們的區別，區分它們產生和作用的對象，區分力的方向和運動的方向。功是能量轉化的量度，有多少功就有多少能量參與轉化。高中階段功能關系問題主要有以下幾種：

1.重力做功與重力勢能的變化關系。重力的功等于物體重力勢能的減少量，這個用關系式表達為Wg=Ep1-Ep2=-ΔEp，功是矢量，重力做正功表示能量減少，做負功表示能量的增加。例如，小明將一個10kg的箱子從一樓抬到六樓，人對箱子做了功，由于重力的方向是垂直向下，運動因人對箱子做了負功，它的重力勢能增加了。對于能量的增加和減少這一抽象的概念，我們可以這樣理解，從定義式來說，W=F×S，有兩個必備的要素，力和與這個力方向相同的位移，顯然位移越大，做功越多，相應地，轉化的能量就越多，小明將箱子從一樓搬到六樓與從一樓搬到七樓轉化的能量也不同。從生活經驗來說，站在七樓的人比站在六樓的人的重力勢能大，因為他走上七樓要消耗更多的能量。

2.彈簧彈力做功與彈性勢能的變化關系，表達式是W=Ep1-Ep2=-ΔEp。

3.滑動摩擦力做功與內能的變化關系。將兩個相互摩擦的物體看成一個系統，產生熱能，但作為一個系統能量守恒，互為作用力與反作用力的一對滑動摩擦力做功等于系統機械能的減少量。例如，設兩個物體之間滑動摩擦力為f，則對物體1，摩擦力做功為Wf1=fX1，對物體2，摩擦力做功為Wf2=-fX2，則Wf1+Wf2=f（x1-x2）=fx，這個x是指將兩個物體看成一個整體移動的相對距離。

4.合外力做功與動能的變化關系。解題的關鍵是利用動能定理，它的表達式為W=Ek2-Ek1=ΔEk。

5.重力以外的外力做功與機械能的變化關系。這里涉及能量守恒的原理，重力以外的力做功等于物體機械能的變化量，即W=E2-E1=ΔE。

6.電場力做功與電勢能的變化關系。若在電場中帶電體從A點移動到B點，則WAB=EpA-EpB=-ΔEp，安培力做多少功就有多少電能轉化為其他形式能，克服安培力做多少功就有多少其他形式能轉化為電能。

7.感應電流受到的安培力做功與電能的變化關系。通過電磁感應，安培力做功將磁場能轉化為電能，學生能使用楞次定律判斷感應電流的方向及感應電流作用下導體的運動方向，正確應用左手定則、右手定則和安培定則來判斷相關問題。另外還涉及外力克服安培力做功的轉化：一部分轉化成產生感應電流的電能，一部分增加電導體的動能。

值得注意的是，不論是重力勢能還是動能，做正功產生的能量時的減少量，因此我們引入一個概念叫作變化量，變化量是終量減去始量。學生在學習的過程中要注意歸納和整理，發現客觀規律，功能關系的表達式W=ΔE。

其次，鼓勵學生自己嘗試用已習得的知識來揭示生活中的問題。物理是一門實用性的學科，教師要根據教學內容結合學生的實際、社會現實、生活現狀開展教學，激發學生對物理學科的熱愛。

例如，很多學生喜歡用來唱歌的麥克風，就是應用了電磁感應這一原理制成的，人說話產生頻率和響度不相同的波，通過了連著永磁鐵的線圈的皮膜的振動，線圈在磁場中做切割磁感線運動，產生了與聲音對應變化的電流輸送出去再經過處理后放大。電磁感應就是利用產生的感應電流在磁場中必定受到安培力的作用這一規律，要維持感應電流的存在，必須要有“外力”克服安培力做功，此過程中，其他形式的能量轉化為電能。

教師作為課堂教學的引導者和推動者，應該采取什么樣的措施來改進教學品質，幫助學生克服學習中的重難點，從而激發學生的學習興趣和創造力呢？

1.因材施教。很多學生無法理解一些重要的物理現象和規律，只有死記硬背，應用起來也十分困難，就會逐漸對物理學習喪失信心。授之以魚不如授之以漁，教師在教學過程中應當樹立正確的教學觀念，靈活多樣的組織教學內容，在講解練習題的時候，透過現象看本質，重視物理思想和科學的方法進行傳授，并不是為了講題而講題，深刻研究練習題中所體現的物理現象的內在聯系，教會學生探索發現并科學地使用思想，有邏輯、條理清晰地思考和解決問題。因材施教，教師在課堂教學中應該適當放慢教學進度，保證全體學生都能跟上教師的步伐。對于那些悟性較高、天資聰慧的學生，教師可以積極地給予輔導和提升，增強練習，多多鞏固，以求他們更加深刻地理解和掌握物理知識點，開發創造性思維。

2.改善教學方法。創設生動有趣的物理問題情境或者時空情境來激發學生的學習興趣，例如，教師可以通過計算機輔助教學，鼓勵學生參與課堂討論，開展多種多樣的教學活動，讓學生身心、情感全面投入到學習中來。給予學生自己思考和提問的時間，充分發揮學生的主體能動性，讓學生學會學習，養成獨立思考的習慣，培養科學謹慎的學習態度。教師提出一些有挑戰性的問題，可以很好地激發學生好奇心，引導學生思考。

功能關系的教學作為高考的重點，也是教學的難點，想讓學生更好地掌握這些知識和規律，教師就要改善教學方法，因材施教，激發學生學習的興趣，多與學生溝通交流，找出教學過程中的障礙，及時改進教學方案，鼓勵學生積極思考，從而提高課堂教學質量。