李偉報(bào)

（江西省撫州市臨川區(qū)孝橋鎮(zhèn)初級中學(xué),江西 撫州 344000）

功的概念是能量概念形成的基礎(chǔ)，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(gè)復(fù)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(wù)教育教科書物理八年級下冊第十一章功和機(jī)械能》教學(xué)的難點(diǎn)，如何讓學(xué)生正確形成“功”的概念？請欣賞以下兩位老師的教學(xué)案例：

教學(xué)案例一

環(huán)節(jié)一：力做功的兩個(gè)必要因素：

（一）力學(xué)中的功

1、力學(xué)中功的含義

（1）提出問題

舉例：小明和小亮分別用力推動(dòng)桌子，小明雖費(fèi)了力氣，但桌子沒有移動(dòng)，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(fèi)力沒有成效，小亮用力有成效。

（2）導(dǎo)讀教材

學(xué)生閱讀教科書（2013年教育部審定人民教育出版社義務(wù)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(yùn)動(dòng)的關(guān)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(gè)力做了功？

生：如果一個(gè)力作用在物體上，物體在這個(gè)力的方向上移動(dòng)了一段距離，我們就說這個(gè)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(gè)生活場景，它們都是力作用在物體上，其中圖11.1——2中兩個(gè)實(shí)例力對物體做了功。圖11.1——3中兩個(gè)實(shí)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(diǎn) ？

學(xué)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(yùn)動(dòng)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(dòng)一段距離，推力做到了，達(dá)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(dòng)一段距離，而實(shí)際上滑板在豎直方向上沒有移動(dòng)距離，沒有達(dá)到目的。

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

生：圖11.1——2做功的兩個(gè)實(shí)例中有一個(gè)共同點(diǎn)就是：物體移動(dòng)的方向與力的方向一致。而圖11.1——3沒有做功的兩個(gè)實(shí)例中力的方向與物體移動(dòng)的方向垂直或者在力的方向上沒有移動(dòng)。

（3）說一說。師：你們認(rèn)為決定力做功的因素有哪些？

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

師：有時(shí)為了敘述方便，某個(gè)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(jù)。

①讓冰塊在極光滑的水平面上靠慣性滑動(dòng)。

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(jī)將粉筆沿豎直方向吊起一段距離，然后再沿水平方向移動(dòng)一段距離。

生：粉筆受豎直向上拉力作用，沿豎直方向吊起時(shí)，拉力做了功。粉筆沿水平方向移動(dòng)時(shí)，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(dòng)

B提著桶水平走動(dòng)

C提著桶站在運(yùn)動(dòng)的電梯內(nèi)不動(dòng)

D提著桶站在水平運(yùn)動(dòng)的車廂內(nèi)不動(dòng)

環(huán)節(jié)二：如何對功進(jìn)行計(jì)算，功的公式和單位：

1、功的計(jì)算公式

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

師：如果用F表示力，S表示沿力的方向移動(dòng)的距離，W表示功，則功的表達(dá)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(gè)專門的名稱叫作焦耳，簡稱焦，符號是J。

師：將兩個(gè)雞蛋舉高1m，人做的功大約是多少焦耳？

生：1J。

2、例題：質(zhì)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(jìn)，將原木運(yùn)到了3000m外的貨場，如果雪橇行進(jìn)中受到的摩擦力是800N，求馬的拉力做的功。（g取10N/kg）。

（1）引導(dǎo)學(xué)生讀題，了解事件發(fā)生的情景和解決問題的條件：馬拉雪橇運(yùn)送貨物到3000m外的貨場，題目中已明確的條件有：運(yùn)送貨物的質(zhì)量、雪橇的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、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(yùn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(xué)案例二

環(huán)節(jié)一：影響功的兩個(gè)因素

1、出示兩張“吹箭捕獵”的圖片，讓學(xué)生觀察。

師：要讓箭飛的遠(yuǎn)，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(dòng)的距離。

2、出示下表，讓學(xué)生觀察。

師：突擊步槍子彈飛的比手槍遠(yuǎn)，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(dòng)的距離。下面請同學(xué)們猜測：力的成效跟什么因素有關(guān)？

生：力和物體在力的方向上移動(dòng)的距離。

3、學(xué)生實(shí)驗(yàn)：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(yuǎn)。

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論？

生：在物體在力的方向上移動(dòng)的距離相同時(shí)，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(shí)吹。從長吸管中飛出的小螺釘飛的遠(yuǎn)。

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)又能得出什么結(jié)論？

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

環(huán)節(jié)二：功的定義

師：從用吸管吹螺釘實(shí)驗(yàn)中可知：在物體在力的方向上移動(dòng)的距離相同時(shí)，力越大，力的成效越大。在作用在物體上力的大小相同時(shí)，物體在力的方向上移動(dòng)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(dòng)的距離到底是個(gè)什么樣的定量關(guān)系？

1、老師演示用甲、乙兩臺(tái)微型起動(dòng)機(jī)（以下簡稱甲、乙）提起粉筆實(shí)驗(yàn)

（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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)成效大？

生：一樣大。

師：說一說，你是怎么想的？

生：可把這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)成效大？

生：乙大。

師：說一說，你又是怎么想的？

生：甲相當(dāng)于把1根粉筆提升5格，乙甲相當(dāng)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(dòng)的距離的乘積確實(shí)可以表示力的成效大小。我們就把它命名為功。

2、學(xué)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(dòng)的距離。

賞析：顯然，以上兩個(gè)老師的教學(xué)設(shè)計(jì)是用兩種不同形式來進(jìn)行“功”概念教學(xué)。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(xué)生用原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對新概念“功”進(jìn)行消化和理解，明確它所反映的物理對象的屬性，逐步體會(huì)“功”的物理意義。案例二中老師先讓學(xué)生從觀察實(shí)驗(yàn)中獲得感性認(rèn)識(shí)，然后再讓學(xué)生從已經(jīng)感知的大量同類事物的不同例證中，運(yùn)用分析和綜合、具體到一般的方法抽象出機(jī)械功共同的關(guān)鍵特征：（1）機(jī)械給物體以力的作用；（2）機(jī)械使物體沿力的方向移動(dòng)距離。把感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)。