研究高中物理功與能關(guān)系的教學(xué)

許鐵

【摘 ? ?要】功與能的關(guān)系問題涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等物理知識的交匯和融合，具有較強(qiáng)的綜合性，是歷屆高考必考的考點(diǎn)，也是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對學(xué)生清晰的邏輯思維和判斷推理能力提出了更高的要求。本文就高中物理教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)——功能關(guān)系進(jìn)行探究，教會學(xué)生學(xué)習(xí)如何利用功能關(guān)系解決物理問題。

【關(guān)鍵詞】高中物理 ?功與能關(guān)系 ?教學(xué)探究

中圖分類號：G4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.20.091

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、具有一套嚴(yán)密系統(tǒng)和方法的基礎(chǔ)學(xué)科。物理學(xué)成為一門系統(tǒng)的學(xué)科經(jīng)過了漫長的發(fā)展和成熟過程，創(chuàng)造了我們現(xiàn)代化的科學(xué)文明生活，推動了人類文明的進(jìn)程。物理來源于自然，來源于生活，學(xué)好物理有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的使用思想，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生用眼睛發(fā)現(xiàn)客觀事實(shí)、動腦筋探索客觀規(guī)律的能力和創(chuàng)造性思維。高中物理有運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)等幾個板塊，其中，最具有挑戰(zhàn)性的就是研究功能關(guān)系的問題，在高考中既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，它涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等知識的綜合和應(yīng)用，在高中物理教學(xué)中有著重要地位，常常以選擇題、填空題、壓軸大題為主要出題方式，研究的物理過程比較靈活復(fù)雜，要求學(xué)生能夠有較強(qiáng)的邏輯思維能力和物理知識的綜合運(yùn)用能力，這成為很多學(xué)生學(xué)習(xí)上的障礙。如何理解與功能關(guān)系相關(guān)的物理知識，樹立正確科學(xué)的思想，掌握恰當(dāng)?shù)慕忸}方法，是學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。

首先，明確功和能的概念以及它們的區(qū)別，區(qū)分它們產(chǎn)生和作用的對象，區(qū)分力的方向和運(yùn)動的方向。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，有多少功就有多少能量參與轉(zhuǎn)化。高中階段功能關(guān)系問題主要有以下幾種：

1.重力做功與重力勢能的變化關(guān)系。重力的功等于物體重力勢能的減少量，這個用關(guān)系式表達(dá)為Wg=Ep1-Ep2=-ΔEp，功是矢量，重力做正功表示能量減少，做負(fù)功表示能量的增加。例如，小明將一個10kg的箱子從一樓抬到六樓，人對箱子做了功，由于重力的方向是垂直向下，運(yùn)動因人對箱子做了負(fù)功，它的重力勢能增加了。對于能量的增加和減少這一抽象的概念，我們可以這樣理解，從定義式來說，W=F×S，有兩個必備的要素，力和與這個力方向相同的位移，顯然位移越大，做功越多，相應(yīng)地，轉(zhuǎn)化的能量就越多，小明將箱子從一樓搬到六樓與從一樓搬到七樓轉(zhuǎn)化的能量也不同。從生活經(jīng)驗(yàn)來說，站在七樓的人比站在六樓的人的重力勢能大，因?yàn)樗呱掀邩且母嗟哪芰俊?/p>

2.彈簧彈力做功與彈性勢能的變化關(guān)系，表達(dá)式是W=Ep1-Ep2=-ΔEp。

3.滑動摩擦力做功與內(nèi)能的變化關(guān)系。將兩個相互摩擦的物體看成一個系統(tǒng)，產(chǎn)生熱能，但作為一個系統(tǒng)能量守恒，互為作用力與反作用力的一對滑動摩擦力做功等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量。例如，設(shè)兩個物體之間滑動摩擦力為f，則對物體1，摩擦力做功為Wf1=fX1，對物體2，摩擦力做功為Wf2=-fX2，則Wf1+Wf2=f（x1-x2）=fx，這個x是指將兩個物體看成一個整體移動的相對距離。

4.合外力做功與動能的變化關(guān)系。解題的關(guān)鍵是利用動能定理，它的表達(dá)式為W=Ek2-Ek1=ΔEk。

5.重力以外的外力做功與機(jī)械能的變化關(guān)系。這里涉及能量守恒的原理，重力以外的力做功等于物體機(jī)械能的變化量，即W=E2-E1=ΔE。

6.電場力做功與電勢能的變化關(guān)系。若在電場中帶電體從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，則WAB=EpA-EpB=-ΔEp，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式能，克服安培力做多少功就有多少其他形式能轉(zhuǎn)化為電能。

7.感應(yīng)電流受到的安培力做功與電能的變化關(guān)系。通過電磁感應(yīng)，安培力做功將磁場能轉(zhuǎn)化為電能，學(xué)生能使用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向及感應(yīng)電流作用下導(dǎo)體的運(yùn)動方向，正確應(yīng)用左手定則、右手定則和安培定則來判斷相關(guān)問題。另外還涉及外力克服安培力做功的轉(zhuǎn)化：一部分轉(zhuǎn)化成產(chǎn)生感應(yīng)電流的電能，一部分增加電導(dǎo)體的動能。

值得注意的是，不論是重力勢能還是動能，做正功產(chǎn)生的能量時的減少量，因此我們引入一個概念叫作變化量，變化量是終量減去始量。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中要注意歸納和整理，發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律，功能關(guān)系的表達(dá)式W=ΔE。

其次，鼓勵學(xué)生自己嘗試用已習(xí)得的知識來揭示生活中的問題。物理是一門實(shí)用性的學(xué)科，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容結(jié)合學(xué)生的實(shí)際、社會現(xiàn)實(shí)、生活現(xiàn)狀開展教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的熱愛。

例如，很多學(xué)生喜歡用來唱歌的麥克風(fēng)，就是應(yīng)用了電磁感應(yīng)這一原理制成的，人說話產(chǎn)生頻率和響度不相同的波，通過了連著永磁鐵的線圈的皮膜的振動，線圈在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生了與聲音對應(yīng)變化的電流輸送出去再經(jīng)過處理后放大。電磁感應(yīng)就是利用產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用這一規(guī)律，要維持感應(yīng)電流的存在，必須要有“外力”克服安培力做功，此過程中，其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。

教師作為課堂教學(xué)的引導(dǎo)者和推動者，應(yīng)該采取什么樣的措施來改進(jìn)教學(xué)品質(zhì)，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力呢？

1.因材施教。很多學(xué)生無法理解一些重要的物理現(xiàn)象和規(guī)律，只有死記硬背，應(yīng)用起來也十分困難，就會逐漸對物理學(xué)習(xí)喪失信心。授之以魚不如授之以漁，教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)樹立正確的教學(xué)觀念，靈活多樣的組織教學(xué)內(nèi)容，在講解練習(xí)題的時候，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，重視物理思想和科學(xué)的方法進(jìn)行傳授，并不是為了講題而講題，深刻研究練習(xí)題中所體現(xiàn)的物理現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，教會學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)并科學(xué)地使用思想，有邏輯、條理清晰地思考和解決問題。因材施教，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)該適當(dāng)放慢教學(xué)進(jìn)度，保證全體學(xué)生都能跟上教師的步伐。對于那些悟性較高、天資聰慧的學(xué)生，教師可以積極地給予輔導(dǎo)和提升，增強(qiáng)練習(xí)，多多鞏固，以求他們更加深刻地理解和掌握物理知識點(diǎn)，開發(fā)創(chuàng)造性思維。

2.改善教學(xué)方法。創(chuàng)設(shè)生動有趣的物理問題情境或者時空情境來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，例如，教師可以通過計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，鼓勵學(xué)生參與課堂討論，開展多種多樣的教學(xué)活動，讓學(xué)生身心、情感全面投入到學(xué)習(xí)中來。給予學(xué)生自己思考和提問的時間，充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動性，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，培養(yǎng)科學(xué)謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度。教師提出一些有挑戰(zhàn)性的問題，可以很好地激發(fā)學(xué)生好奇心，引導(dǎo)學(xué)生思考。

功能關(guān)系的教學(xué)作為高考的重點(diǎn)，也是教學(xué)的難點(diǎn)，想讓學(xué)生更好地掌握這些知識和規(guī)律，教師就要改善教學(xué)方法，因材施教，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，多與學(xué)生溝通交流，找出教學(xué)過程中的障礙，及時改進(jìn)教學(xué)方案，鼓勵學(xué)生積極思考，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。