力的功对运动物体的哪方面有“功劳”

张建湘

在高中物理教学中，当我们在讲授功的概念时常会进入“说文解字”的古典的教学轨道。于是,问题便自然而然地呈现出来：力的功是指力对运动物体的哪个方面有“功劳”？有“贡献”呢？学生们通常会错误地回答：对物体的移动（位移）有“功劳”和“贡献”。其实，在物理的逻辑中物体发生位移是可以不需要力的，因为物体运动是可以不需要力的。我们在初中教材中关于功的切入角度很容易导致学生犯这样的错误。学习任何东西都应从它最简单、最基本的情形入手，功的最简单最基本的情形就是：恒力（与位移方向相同的恒力）做功。因此,按此恒力做功的公式“W=FS”来切入功就是再自然不过的事了，初中的物理教材就是这样处理

功的概念的。这样做的好处是能让初学者较轻松地把握住功的概念，并能很快地进行简单运用，在活动中去感受它，在运用中去熟悉它，至于它的清晰度和准确度就只能留到后面去发现了。

高中物理中功的概念的教学不是初中的简单重复，在向上发展的同时也必须向下挖掘。在实际教学活动中很多物理教师，特别是年轻的物理教师往往忽略了向下的挖掘。

《高中物理(必修)》（人教版）第七章第二节《功》先从历史的角度强调功与能的关系，再在回顾初中物理相关内容的基础上提出力做功的两个条件:力和物体在力的方向上发生的位移，然后是通过对恒力做功情形的展开与讨论，发展与提升学生对功的认识,这是本节教材的重心。在以往的教学过程中反映出学生对力做功条件的认识有些模糊,具体表现在：一是对变力做功的定性判断；二是对瞬时功率的理解；三是对动能定理的理解。学生们在以上方面的模糊认识都源于我们对力的做功条件只是基于对做功的过程分析探究得出的，严格说来并不十分准确和清晰。换一种说法就是向下挖掘得还不够。于是想，是不是还有办法补救呢？是不是还有更好的切入角度呢？如果我们现在就能使它变得清晰准确，那为什么还要等到以后再去发展呢？

普通高中课程标准实验教科书〈人教版〉其实给了我们答案：

在质点力学中，力的作用效果就是改变物体的运动状态，因为对质点而言外形改变和体积改变是可以忽略不计的，而运动状态的改变包含速度大小的改变和速度方向的改变两个方面。作用在物体上，垂直运动速度的力将只能改变运动速度的方向，不能改变大小；与速度在一直线上的力将只能改变速度的大小（一致时将迫使物体速度变大，相反则将迫使速度变小），但不能改变速度的方向；与速度既不垂直也不在同一直线上的力可以分解到这两个方向上，同时将改变运动物体的速度方向和速度的大小，进而得出：力的功是指力对运动物体速度大小的改变有“功劳”有“贡献”！（而物体的动能是只与速度大小有关的标量，光有速度方向的改变是不会导致物体动能改变的。也就是说力的功是指力对物体动能的改变有“功劳”有“贡献”，这也就为后面学习动能定理做好了铺垫。教学中还是宜分两步完成，概念建立用的时间长，学生印象深理解得也就好。）

普通高中课程标准实验教科书（人教版）在第五章第七节《向心力》中有：变速圆周运动和一般曲线运动这一部分教材，其后又安排有相关的“做一做”兴趣小实验和“问题与练习”中的习题，已经为力的功是对物体速度大小的改变有“功劳”有“贡献”埋下了伏笔。在这里教师可以引导学生探讨：力是怎样改变质点运动状态这个问题？什么条件下只改变速度的大小？什么条件下只改变速度的方向？在讲功时，再合理组织安排这些材料，引导学生自己得出前面所说的观点，就不会感到生硬，而是水到渠成，顺理成章。

其次就是从引导学生建立起较完整清晰的力的概念，这样的挖掘也是很有必要的。在高中力学中学生遭遇最多的问题恐怕就是：力改变物体的运动状态。那么让学生们体会出每一瞬间物体受到的每一个力，在改变运动状态中扮演什么角色？（是负责改变方向？还是大小？还是两者皆而有之？）

上述观点其实就是从运动物体的瞬时状态去把握功的概念，在提升的同时向下挖掘。把它作为从过程中建立起来的功的概念的补充，对学生们来说是大有益处的。一方面可以加深学生对力的认识，能初步回答力是怎样改变质点的运动状态这个问题；另一方面可让他们对功的认识变得更准确、清晰。在实际教学中我按照这样的思路进行教学尝试，效果令我十分满意，学生在学习瞬时功率和动能定理以及得出“功是能的转化的量度”等知识时变得很顺畅。故谨记文于此，供同行们参考。算是我在使用普通高中课程标准实验教科书（人教版）进行第一轮教学的一点体会。