以“功”为例,赏析两种形式的物理概念教学

李伟报

（江西省抚州市临川区孝桥镇初级中学,江西 抚州 344000）

功的概念是能量概念形成的基础，功是研究力在空间上的累积效果的物理量，是在力概念形成后又一个复杂的抽象的物理概念。因此功是2013年教育部审定人民教育出版社《义务教育教科书物理八年级下册第十一章功和机械能》教学的难点，如何让学生正确形成“功”的概念？请欣赏以下两位老师的教学案例：

教学案例一

环节一：力做功的两个必要因素：

（一）力学中的功

1、力学中功的含义

（1）提出问题

举例：小明和小亮分别用力推动桌子，小明虽费了力气，但桌子没有移动，小亮用力将桌子推走了。

师：说一说，小明和小亮两人的力是否有成效？

生：小明和小亮都用力了，小明费力没有成效，小亮用力有成效。

（2）导读教材

学生阅读教科书（2013年教育部审定人民教育出版社义务教育教科书物理八年级下册，下同）62页第2、3自然段，思考并讨论下列问题：

①从力和运动的关系看，力的成效怎样反映？

②在什么情况下，我们可以说某一个力做了功？

生：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。

2、力做功了吗？

（1）议一议。师：课文63页图11.1——2和11.1——3是四个生活场景，它们都是力作用在物体上，其中图11.1——2中两个实例力对物体做了功。图11.1——3中两个实例力对物体没有做功。说一说，力对物体做功和不做功两种情况中各有什么特点 ？

学生列表归纳：

师：归纳得很好。你们还有什么疑问吗？

生：图11.1——2甲中小车在推力作用下向前运动了一段距离，推力有成效，做了功；而图11.1——3甲中提着滑板在水平路面上前行，提（拉）力没有成效，没做了功，为什么？

师：图11.1——2甲中我们推小车的目的是让小车在水平方向上移动一段距离，推力做到了，达到目的。图11.1——3甲中对滑板提（拉）的目的是让滑板在竖直方向上移动一段距离，而实际上滑板在竖直方向上没有移动距离，没有达到目的。

（2）画一画。请你们在“想想议议”四个生活场景实例的图中标注人对物体施加力的方向和物体移动的方向，然后说一说你有什么发现？

生：图11.1——2做功的两个实例中有一个共同点就是：物体移动的方向与力的方向一致。而图11.1——3没有做功的两个实例中力的方向与物体移动的方向垂直或者在力的方向上没有移动。

（3）说一说。师：你们认为决定力做功的因素有哪些？

生：力做功的两个必要因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上移动的距离。

师：有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做了功。如人推小车，推力做了功，也常说人做了功。

（4）做一做，并判断下面各种情况下，力做功了吗？并说出你判断的依据。

①让冰块在极光滑的水平面上靠惯性滑动。

生：冰块虽然在水平方向上通过了距离，但没有受到这一方向上力的作用，所以没有力做功。

②微型起重机将粉笔沿竖直方向吊起一段距离，然后再沿水平方向移动一段距离。

生：粉笔受竖直向上拉力作用，沿竖直方向吊起时，拉力做了功。粉笔沿水平方向移动时，没有受到水平方向力的作用，没有力做功。

（5）练一练。下列过程中人对桶做功的是( )

A提着桶站在地上不动

B提着桶水平走动

C提着桶站在运动的电梯内不动

D提着桶站在水平运动的车厢内不动

环节二：如何对功进行计算，功的公式和单位：

1、功的计算公式

师：作用在物体上的力越大，物体在力的方向上移动的距离越大，这个力的成效越显著，说明力所做的功越多。力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。

师：如果用F表示力，S表示沿力的方向移动的距离，W表示功，则功的表达式是什么？

生：W=F·S

2、功的单位

师：在国际单位制中力的单位是牛、距离的单位是米，则功的单位是牛.米，它有一个专门的名称叫作焦耳，简称焦，符号是J。

师：将两个鸡蛋举高1m，人做的功大约是多少焦耳？

生：1J。

2、例题：质量为50kg的雪橇上装载了350kg的原木，一匹马拉着雪橇沿着平直的路面匀速前进，将原木运到了3000m外的货场，如果雪橇行进中受到的摩擦力是800N，求马的拉力做的功。（g取10N/kg）。

（1）引导学生读题，了解事件发生的情景和解决问题的条件：马拉雪橇运送货物到3000m外的货场，题目中已明确的条件有：运送货物的质量、雪橇的质量、运动状态、受到的摩擦力及沿拉力方向上通过的距离。

（2）探究解决问题的方案：马运货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过的距离已明确，只要求出拉力大小就能求出拉力做的功，而马匀速拉动雪橇，拉力就等于摩擦力。

（3）解题：

雪橇在平直路面上做匀速直线运动，马的拉力F与摩擦力F摩大小相等，即F＝F摩＝800N，

雪橇沿拉力方向移动的距离S＝3000m，

所以，马的拉力做的功：

W=F·S＝800N×3000m＝2.4×106J

答：马的拉力做的功是2.4×106J

教学案例二

环节一：影响功的两个因素

1、出示两张“吹箭捕猎”的图片，让学生观察。

师：要让箭飞的远，他们是怎么做到的？

生1：要用较大的力。

生2：要借助较长的管子。

师：箭在管子中受到人的吹力，离开管子后不再受到人的吹力，所以管子的长度可以表示箭在吹力作用下移动的距离。

2、出示下表，让学生观察。

师：突击步枪子弹飞的比手枪远，它是怎么做到的？

生1：需要较大的弹药爆炸的推力。

生2：需要借助较长的枪管。

师：子弹在枪管中受到弹药爆炸的推力，离开管子后不再受到弹药爆炸的推力，所以枪管的长度可以表示子弹在推力作用下移动的距离。下面请同学们猜测：力的成效跟什么因素有关？

生：力和物体在力的方向上移动的距离。

3、学生实验：用吸管吹螺钉。

（1）取两根一样长的吸管，在吸管的底端放同样的小螺钉。让一位男生和一位女生吹，吸管水平放置，吸管在同一高度。男生力气大，小螺钉飞的远。

师：这个实验能得出什么结论？

生：在物体在力的方向上移动的距离相同时，力越大，力的成效越大。

（2）取两根长度不一的吸管，在吸管的底端放同样的小螺钉。让一位男生同时吹。从长吸管中飞出的小螺钉飞的远。

师：这个实验又能得出什么结论？

生：在作用在物体上力的大小相同时，物体在力的方向上移动的距离越大，力的成效越大。

环节二：功的定义

师：从用吸管吹螺钉实验中可知：在物体在力的方向上移动的距离相同时，力越大，力的成效越大。在作用在物体上力的大小相同时，物体在力的方向上移动的距离越大，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体在力的方向上移动的距离到底是个什么样的定量关系？

1、老师演示用甲、乙两台微型起动机（以下简称甲、乙）提起粉笔实验

（1）甲把4根粉笔提升1格；乙把4根粉笔提升1格。甲、乙哪个成效大？

生：一样大。

（2）甲把4根粉笔提升1格；乙把2根粉笔提升1格。甲、乙哪个成效大？

生：甲大。

（3）甲把4根粉笔提升1格；乙把4根粉笔提升2格。甲、乙哪个成效大？

生：乙大。

（4）甲把4根粉笔提升1格；乙把2根粉笔提升2格。甲、乙哪个成效大？

生：一样大。

师：说一说，你是怎么想的？

生：可把这个实验分成两步。第一步，让甲吊起2根粉笔提升1格，乙把2根粉笔提升1格。第二步，让甲再吊起2根粉笔提升1格，乙把这2根粉笔再提升1格。显然这两步，每次的成效是一样的。

（5）甲把5根粉笔提升1格；乙把3根粉笔提升2格。甲、乙哪个成效大？

生：乙大。

师：说一说，你又是怎么想的？

生：甲相当于把1根粉笔提升5格，乙甲相当于把1根粉笔提升6格。

师：5、6是怎么来的？

生：5×1=5；3×2=6。

师：力和物体在力的方向上移动的距离的乘积确实可以表示力的成效大小。我们就把它命名为功。

2、学生讨论得出功的定义，功等于力乘以物体在力的方向上移动的距离。

赏析：显然，以上两个老师的教学设计是用两种不同形式来进行“功”概念教学。案例一中教师先用文字（或符号）直接给出“功”概念定义，然后让学生用原有的知识经验对新概念“功”进行消化和理解，明确它所反映的物理对象的属性，逐步体会“功”的物理意义。案例二中老师先让学生从观察实验中获得感性认识，然后再让学生从已经感知的大量同类事物的不同例证中，运用分析和综合、具体到一般的方法抽象出机械功共同的关键特征：（1）机械给物体以力的作用；（2）机械使物体沿力的方向移动距离。把感性认识上升为理性认识。