首页 -> 2008年第2期
用功能关系导入物理概念的几个教学案例
作者：付红周
新课程标准要求从知识技能、过程方法、情感态度价值观三个维度实施教学，这就要求教师要改变教学观念：注重过程和方法。下面通过具体的例子，说明用功能关系导入一些物理概念。
案例一：动能概念的引入。
出示问题：一个质量为m的物体，放在光滑的水平面上，在水平拉力F的作用下，从静止开始匀加速运动，经过一段距离s，物体获得速度v，求拉力F做的功。
学生解答：由运动学公式v2=2as和a=F/m得Fs=1/2mv2。
师：功能关系是什么?生：功是物体能量转化的量度，力对物体做功，导致物体的能量变化。师：初中动能是怎么定义的?生：物体由于运动而具有的能叫动能。师：1/2mv2表示了什么?生：物体由于运动的能量可以用1/2mv2可以量度，即物体的动能可以用1/2mv2表示。师：物理学中怎样表示物体的动能?生：在物理学中用1/2mv2表示物体的动能。
这样使学生对动能定义的建构过程有了本质的理解，符合学生的认知规律，更注重了概念形成的过程和方法。
案例二：重力势能概念的引入
出示问题：一个质量为m的物体，从距地面高h处落到地面，求重力做的功是多少?
学生解答很容易算出WG=mgh；由功能关系，力对物体做功，物体的能量发生变化。师：物体从高处落到地面，重力势能怎样变化?生：减少为零。师：减少的重力势能和重力做功有什么关系?生：减少的重力势能等于重力做的功，重力势能的减少量可以用mgh来量度。师：mgh表示了什么?生：表示了物体在某一高度具有的势能。师：这说明了什么?生：物体的重力势能可定义为mgh。这样，把重力势能mgh就讲清楚了。从功和能量的关系，经过科学的认识过程，学生明白了Ep=mgh，然后讲重力势能的相对性就容易理解了。
案例三：电势能、电势、电势差的定义引入
1.电势能的引入
电势、电势差相对而言比较抽象，学生在学习过程中难以理解，怎样引入呢?从学生相对熟悉的能量出发，先讲解一正电荷在匀强电场中电场力做功，同一电荷从电场中同一位置没沿不同路径到电场中另外的同一位置，电场力做的功相同。师：电场力做功有什么特点?生：与路径无关，只与初末位置有关。师：我们以前学过的哪个力做功也有这个特点?生：重力做功。师：重力为什么会做功?生：物体具有重力势能。师：物体在重力场中具有能量，叫重力势能；电荷在电场中运动，电场力对电荷做功，说明电荷在电场中也具有能量。我们用一个什么物理量来描述这种能量呢?生：类比重力势能，得出电势能s。这样引入了电势能的概念。整个过程自然、亲切，没有牵强的痕迹。和重力势能一样，电势能也有相对性。然后介绍电场力做功和电势能的变化关系。
2.电势的引入
在有了电势能的概念后，进一步分析。师：把不同的电荷放入同一电场的同一位置，电荷的电势能相同吗?生：不同，相同性质的正电荷，电荷增大几倍，电势能增大几倍。师：观察一下同一电场中电势能与检验电荷的比值，有什么特点?生：电势能与检验电荷量成正比，但电势能和电荷量的比值不变。师：看来同一电场中的同一位置，电势能和电荷量的比值可以反映电场中这一点的能量的性质。我们用一个什么物理量来描述它呢?让学生类比前面重力势能与重力的比表示高度的方法，从而导出电势能和电荷的比值就可以用电势来描述电场中这一点的能量的性质，得出电势的概念。
3.电势差的引入
师：电场中不同的点电势一般不同，电荷在电场中不同的点电势能不同，在电场中把一个电荷从电场中的一点移到另一点，电场力的功和电势能的变化有什么关系?生：电场做功等于电荷电势能的变化。师：在同一电场中相同两点间移动电荷，电荷量越大电场力做功怎样?生：电荷量越大电场力做的功就越多，电势能的变化量就越大，即同一电场中相同的两点间移动电荷，电场力做的功与电荷成正比。师：在同一电场中相同的两点间移动电荷，电场力的功和电荷量的比值变化吗?生：电场力的功和电荷量的比值不会发生变化。师：怎样描述电场力的功和电荷量的比值，即电势能的变化和电荷量之比?用电势差U12来描述，或者W12/q=ε1-ε2/q=ε1/q-ε2/q而ε1/q、ε2/q是什么?即电荷在电场中这两点的电势U1、U2，U12=U1-U2，即电场中两点电势的差值叫电势差。
以上几个概念的教学，以能量为主线，突出了功和能的关系，通过做功来研究能量，体现了物理学的科学思想，既符合新课程的要求，学习了知识和技能，注重了过程和方法，培养了情感态度价值观，也符合学生的认知规律，符合从具体到抽象的教学原则。