力的功對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的哪方面有“功勞”

張建湘

在高中物理教學(xué)中，當(dāng)我們?cè)谥v授功的概念時(shí)常會(huì)進(jìn)入“說(shuō)文解字”的古典的教學(xué)軌道。于是,問(wèn)題便自然而然地呈現(xiàn)出來(lái)：力的功是指力對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的哪個(gè)方面有“功勞”？有“貢獻(xiàn)”呢？學(xué)生們通常會(huì)錯(cuò)誤地回答：對(duì)物體的移動(dòng)（位移）有“功勞”和“貢獻(xiàn)”。其實(shí)，在物理的邏輯中物體發(fā)生位移是可以不需要力的，因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)是可以不需要力的。我們?cè)诔踔薪滩闹嘘P(guān)于功的切入角度很容易導(dǎo)致學(xué)生犯這樣的錯(cuò)誤。學(xué)習(xí)任何東西都應(yīng)從它最簡(jiǎn)單、最基本的情形入手，功的最簡(jiǎn)單最基本的情形就是：恒力（與位移方向相同的恒力）做功。因此,按此恒力做功的公式“W=FS”來(lái)切入功就是再自然不過(guò)的事了，初中的物理教材就是這樣處理

功的概念的。這樣做的好處是能讓初學(xué)者較輕松地把握住功的概念，并能很快地進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)用，在活動(dòng)中去感受它，在運(yùn)用中去熟悉它，至于它的清晰度和準(zhǔn)確度就只能留到后面去發(fā)現(xiàn)了。

高中物理中功的概念的教學(xué)不是初中的簡(jiǎn)單重復(fù)，在向上發(fā)展的同時(shí)也必須向下挖掘。在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中很多物理教師，特別是年輕的物理教師往往忽略了向下的挖掘。

《高中物理(必修)》（人教版）第七章第二節(jié)《功》先從歷史的角度強(qiáng)調(diào)功與能的關(guān)系，再在回顧初中物理相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上提出力做功的兩個(gè)條件:力和物體在力的方向上發(fā)生的位移，然后是通過(guò)對(duì)恒力做功情形的展開(kāi)與討論，發(fā)展與提升學(xué)生對(duì)功的認(rèn)識(shí),這是本節(jié)教材的重心。在以往的教學(xué)過(guò)程中反映出學(xué)生對(duì)力做功條件的認(rèn)識(shí)有些模糊,具體表現(xiàn)在：一是對(duì)變力做功的定性判斷；二是對(duì)瞬時(shí)功率的理解；三是對(duì)動(dòng)能定理的理解。學(xué)生們?cè)谝陨戏矫娴哪：J(rèn)識(shí)都源于我們對(duì)力的做功條件只是基于對(duì)做功的過(guò)程分析探究得出的，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)并不十分準(zhǔn)確和清晰。換一種說(shuō)法就是向下挖掘得還不夠。于是想，是不是還有辦法補(bǔ)救呢？是不是還有更好的切入角度呢？如果我們現(xiàn)在就能使它變得清晰準(zhǔn)確，那為什么還要等到以后再去發(fā)展呢？

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)〈人教版〉其實(shí)給了我們答案：

在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中，力的作用效果就是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)閷?duì)質(zhì)點(diǎn)而言外形改變和體積改變是可以忽略不計(jì)的，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變包含速度大小的改變和速度方向的改變兩個(gè)方面。作用在物體上，垂直運(yùn)動(dòng)速度的力將只能改變運(yùn)動(dòng)速度的方向，不能改變大??；與速度在一直線上的力將只能改變速度的大?。ㄒ恢聲r(shí)將迫使物體速度變大，相反則將迫使速度變?。荒芨淖兯俣鹊姆较?；與速度既不垂直也不在同一直線上的力可以分解到這兩個(gè)方向上，同時(shí)將改變運(yùn)動(dòng)物體的速度方向和速度的大小，進(jìn)而得出：力的功是指力對(duì)運(yùn)動(dòng)物體速度大小的改變有“功勞”有“貢獻(xiàn)”?。ǘ矬w的動(dòng)能是只與速度大小有關(guān)的標(biāo)量，光有速度方向的改變是不會(huì)導(dǎo)致物體動(dòng)能改變的。也就是說(shuō)力的功是指力對(duì)物體動(dòng)能的改變有“功勞”有“貢獻(xiàn)”，這也就為后面學(xué)習(xí)動(dòng)能定理做好了鋪墊。教學(xué)中還是宜分兩步完成，概念建立用的時(shí)間長(zhǎng)，學(xué)生印象深理解得也就好。）

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)（人教版）在第五章第七節(jié)《向心力》中有：變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)這一部分教材，其后又安排有相關(guān)的“做一做”興趣小實(shí)驗(yàn)和“問(wèn)題與練習(xí)”中的習(xí)題，已經(jīng)為力的功是對(duì)物體速度大小的改變有“功勞”有“貢獻(xiàn)”埋下了伏筆。在這里教師可以引導(dǎo)學(xué)生探討：力是怎樣改變質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)這個(gè)問(wèn)題？什么條件下只改變速度的大?。渴裁礂l件下只改變速度的方向？在講功時(shí)，再合理組織安排這些材料，引導(dǎo)學(xué)生自己得出前面所說(shuō)的觀點(diǎn)，就不會(huì)感到生硬，而是水到渠成，順理成章。

其次就是從引導(dǎo)學(xué)生建立起較完整清晰的力的概念，這樣的挖掘也是很有必要的。在高中力學(xué)中學(xué)生遭遇最多的問(wèn)題恐怕就是：力改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么讓學(xué)生們體會(huì)出每一瞬間物體受到的每一個(gè)力，在改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中扮演什么角色？（是負(fù)責(zé)改變方向？還是大??？還是兩者皆而有之？）

上述觀點(diǎn)其實(shí)就是從運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)狀態(tài)去把握功的概念，在提升的同時(shí)向下挖掘。把它作為從過(guò)程中建立起來(lái)的功的概念的補(bǔ)充，對(duì)學(xué)生們來(lái)說(shuō)是大有益處的。一方面可以加深學(xué)生對(duì)力的認(rèn)識(shí)，能初步回答力是怎樣改變質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)這個(gè)問(wèn)題；另一方面可讓他們對(duì)功的認(rèn)識(shí)變得更準(zhǔn)確、清晰。在實(shí)際教學(xué)中我按照這樣的思路進(jìn)行教學(xué)嘗試，效果令我十分滿意，學(xué)生在學(xué)習(xí)瞬時(shí)功率和動(dòng)能定理以及得出“功是能的轉(zhuǎn)化的量度”等知識(shí)時(shí)變得很順暢。故謹(jǐn)記文于此，供同行們參考。算是我在使用普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)（人教版）進(jìn)行第一輪教學(xué)的一點(diǎn)體會(huì)。