以“功”為例,賞析兩種形式的物理概念教學

李偉報

（江西省撫州市臨川區孝橋鎮初級中學,江西 撫州 344000）

功的概念是能量概念形成的基礎，功是研究力在空間上的累積效果的物理量，是在力概念形成后又一個復雜的抽象的物理概念。因此功是2013年教育部審定人民教育出版社《義務教育教科書物理八年級下冊第十一章功和機械能》教學的難點，如何讓學生正確形成“功”的概念？請欣賞以下兩位老師的教學案例：

教學案例一

環節一：力做功的兩個必要因素：

（一）力學中的功

1、力學中功的含義

（1）提出問題

舉例：小明和小亮分別用力推動桌子，小明雖費了力氣，但桌子沒有移動，小亮用力將桌子推走了。

師：說一說，小明和小亮兩人的力是否有成效？

生：小明和小亮都用力了，小明費力沒有成效，小亮用力有成效。

（2）導讀教材

學生閱讀教科書（2013年教育部審定人民教育出版社義務教育教科書物理八年級下冊，下同）62頁第2、3自然段，思考并討論下列問題：

①從力和運動的關系看，力的成效怎樣反映？

②在什么情況下，我們可以說某一個力做了功？

生：如果一個力作用在物體上，物體在這個力的方向上移動了一段距離，我們就說這個力對物體做了功。

2、力做功了嗎？

（1）議一議。師：課文63頁圖11.1——2和11.1——3是四個生活場景，它們都是力作用在物體上，其中圖11.1——2中兩個實例力對物體做了功。圖11.1——3中兩個實例力對物體沒有做功。說一說，力對物體做功和不做功兩種情況中各有什么特點 ？

學生列表歸納：

師：歸納得很好。你們還有什么疑問嗎？

生：圖11.1——2甲中小車在推力作用下向前運動了一段距離，推力有成效，做了功；而圖11.1——3甲中提著滑板在水平路面上前行，提（拉）力沒有成效，沒做了功，為什么？

師：圖11.1——2甲中我們推小車的目的是讓小車在水平方向上移動一段距離，推力做到了，達到目的。圖11.1——3甲中對滑板提（拉）的目的是讓滑板在豎直方向上移動一段距離，而實際上滑板在豎直方向上沒有移動距離，沒有達到目的。

（2）畫一畫。請你們在“想想議議”四個生活場景實例的圖中標注人對物體施加力的方向和物體移動的方向，然后說一說你有什么發現？

生：圖11.1——2做功的兩個實例中有一個共同點就是：物體移動的方向與力的方向一致。而圖11.1——3沒有做功的兩個實例中力的方向與物體移動的方向垂直或者在力的方向上沒有移動。

（3）說一說。師：你們認為決定力做功的因素有哪些？

生：力做功的兩個必要因素：一個是作用在物體上的力，另一個是物體在這個力的方向上移動的距離。

師：有時為了敘述方便，某個力做功往往也說成施力的物體做了功。如人推小車，推力做了功，也常說人做了功。

（4）做一做，并判斷下面各種情況下，力做功了嗎？并說出你判斷的依據。

①讓冰塊在極光滑的水平面上靠慣性滑動。

生：冰塊雖然在水平方向上通過了距離，但沒有受到這一方向上力的作用，所以沒有力做功。

②微型起重機將粉筆沿豎直方向吊起一段距離，然后再沿水平方向移動一段距離。

生：粉筆受豎直向上拉力作用，沿豎直方向吊起時，拉力做了功。粉筆沿水平方向移動時，沒有受到水平方向力的作用，沒有力做功。

（5）練一練。下列過程中人對桶做功的是( )

A提著桶站在地上不動

B提著桶水平走動

C提著桶站在運動的電梯內不動

D提著桶站在水平運動的車廂內不動

環節二：如何對功進行計算，功的公式和單位：

1、功的計算公式

師：作用在物體上的力越大，物體在力的方向上移動的距離越大，這個力的成效越顯著，說明力所做的功越多。力學中，功等于力與物體在力的方向上移動的距離的乘積。

師：如果用F表示力，S表示沿力的方向移動的距離，W表示功，則功的表達式是什么？

生：W=F·S

2、功的單位

師：在國際單位制中力的單位是牛、距離的單位是米，則功的單位是牛.米，它有一個專門的名稱叫作焦耳，簡稱焦，符號是J。

師：將兩個雞蛋舉高1m，人做的功大約是多少焦耳？

生：1J。

2、例題：質量為50kg的雪橇上裝載了350kg的原木，一匹馬拉著雪橇沿著平直的路面勻速前進，將原木運到了3000m外的貨場，如果雪橇行進中受到的摩擦力是800N，求馬的拉力做的功。（g取10N/kg）。

（1）引導學生讀題，了解事件發生的情景和解決問題的條件：馬拉雪橇運送貨物到3000m外的貨場，題目中已明確的條件有：運送貨物的質量、雪橇的質量、運動狀態、受到的摩擦力及沿拉力方向上通過的距離。

（2）探究解決問題的方案：馬運貨物做的功就等于雪橇受到的拉力所做的功，雪橇在拉力方向上通過的距離已明確，只要求出拉力大小就能求出拉力做的功，而馬勻速拉動雪橇，拉力就等于摩擦力。

（3）解題：

雪橇在平直路面上做勻速直線運動，馬的拉力F與摩擦力F摩大小相等，即F＝F摩＝800N，

雪橇沿拉力方向移動的距離S＝3000m，

所以，馬的拉力做的功：

W=F·S＝800N×3000m＝2.4×106J

答：馬的拉力做的功是2.4×106J

教學案例二

環節一：影響功的兩個因素

1、出示兩張“吹箭捕獵”的圖片，讓學生觀察。

師：要讓箭飛的遠，他們是怎么做到的？

生1：要用較大的力。

生2：要借助較長的管子。

師：箭在管子中受到人的吹力，離開管子后不再受到人的吹力，所以管子的長度可以表示箭在吹力作用下移動的距離。

2、出示下表，讓學生觀察。

師：突擊步槍子彈飛的比手槍遠，它是怎么做到的？

生1：需要較大的彈藥爆炸的推力。

生2：需要借助較長的槍管。

師：子彈在槍管中受到彈藥爆炸的推力，離開管子后不再受到彈藥爆炸的推力，所以槍管的長度可以表示子彈在推力作用下移動的距離。下面請同學們猜測：力的成效跟什么因素有關？

生：力和物體在力的方向上移動的距離。

3、學生實驗：用吸管吹螺釘。

（1）取兩根一樣長的吸管，在吸管的底端放同樣的小螺釘。讓一位男生和一位女生吹，吸管水平放置，吸管在同一高度。男生力氣大，小螺釘飛的遠。

師：這個實驗能得出什么結論？

生：在物體在力的方向上移動的距離相同時，力越大，力的成效越大。

（2）取兩根長度不一的吸管，在吸管的底端放同樣的小螺釘。讓一位男生同時吹。從長吸管中飛出的小螺釘飛的遠。

師：這個實驗又能得出什么結論？

生：在作用在物體上力的大小相同時，物體在力的方向上移動的距離越大，力的成效越大。

環節二：功的定義

師：從用吸管吹螺釘實驗中可知：在物體在力的方向上移動的距離相同時，力越大，力的成效越大。在作用在物體上力的大小相同時，物體在力的方向上移動的距離越大，力的成效越大。大家想不想了解：力的成效大小和力的大小及物體在力的方向上移動的距離到底是個什么樣的定量關系？

1、老師演示用甲、乙兩臺微型起動機（以下簡稱甲、乙）提起粉筆實驗

（1）甲把4根粉筆提升1格；乙把4根粉筆提升1格。甲、乙哪個成效大？

生：一樣大。

（2）甲把4根粉筆提升1格；乙把2根粉筆提升1格。甲、乙哪個成效大？

生：甲大。

（3）甲把4根粉筆提升1格；乙把4根粉筆提升2格。甲、乙哪個成效大？

生：乙大。

（4）甲把4根粉筆提升1格；乙把2根粉筆提升2格。甲、乙哪個成效大？

生：一樣大。

師：說一說，你是怎么想的？

生：可把這個實驗分成兩步。第一步，讓甲吊起2根粉筆提升1格，乙把2根粉筆提升1格。第二步，讓甲再吊起2根粉筆提升1格，乙把這2根粉筆再提升1格。顯然這兩步，每次的成效是一樣的。

（5）甲把5根粉筆提升1格；乙把3根粉筆提升2格。甲、乙哪個成效大？

生：乙大。

師：說一說，你又是怎么想的？

生：甲相當于把1根粉筆提升5格，乙甲相當于把1根粉筆提升6格。

師：5、6是怎么來的？

生：5×1=5；3×2=6。

師：力和物體在力的方向上移動的距離的乘積確實可以表示力的成效大小。我們就把它命名為功。

2、學生討論得出功的定義，功等于力乘以物體在力的方向上移動的距離。

賞析：顯然，以上兩個老師的教學設計是用兩種不同形式來進行“功”概念教學。案例一中教師先用文字（或符號）直接給出“功”概念定義，然后讓學生用原有的知識經驗對新概念“功”進行消化和理解，明確它所反映的物理對象的屬性，逐步體會“功”的物理意義。案例二中老師先讓學生從觀察實驗中獲得感性認識，然后再讓學生從已經感知的大量同類事物的不同例證中，運用分析和綜合、具體到一般的方法抽象出機械功共同的關鍵特征：（1）機械給物體以力的作用；（2）機械使物體沿力的方向移動距離。把感性認識上升為理性認識。