“功的正负”演示实验设计

鲁 斌

(浙江省余姚中学 浙江 宁波 315400)

“功的正负”演示实验设计

鲁 斌

(浙江省余姚中学 浙江 宁波 315400)

“功”这节课选自人教版必修2第七章第2节．第一节“追寻守恒量”是为引入功，本节课是对初中“功”的概念的进一步拓展和深化，从简单到特殊，从一般到复杂．并进一步从功能关系的角度，阐述做功的意义．

本课的重难点之一，便是得到做功的表达式后，对功的正负以及功正负的意义进行探讨．

学生在学习过程中，对功的正负的理解往往很不到位，对功的正负所对应的运动情况和能量转化情况不能做到很好的了解．在课堂教学中，我们可以通过设计如下教学过程和演示进行这一环节的课堂教学．

1 引入讨论

师：通过前面的学习，我们已经得到做功的表达式

W=Flcosα

该式和初中功的定义相比，多了cosα这一项，接下来，我们有必要对其进行讨论．

2 例举物理量正负的意义

师：在之前的课堂教学中，我们学过很多物理量，他们的正负表示什么意义呢？

有的物理量的正负代表方向，譬如位移、速度；

有的物理量的正负代表电性，如正电荷、负电荷；

有的物理量的正负代表高低，譬如温度，10 ℃的水一定比-15 ℃的水温度高．

问：假设一个力做了10 J的功，另一个力做了-15 J的功，哪个力做功多呢？

3 实验探究

进行如下实验．

在气垫导轨上放上一个滑块，并用橡皮绳连在一端，另一端固定在中间不动的铁架台上，如图1所示．

图1 功的正负演示仪

将小滑块移到左边某一点，使橡皮绳伸长，然后释放．

学生观察实验现象：滑块在弹簧弹力作用下加速．

师：为什么会产生这样的现象呢？

我们来分析弹力的做功情况．

用圆规的一端表示弹力的方向，用另一端表示位移的方向，如图2所示．在这种情况下，力的方向与位移方向小于90°，弹力做正功．

图2 弹簧弹力做正功

师：做正功的效果是什么呢？

生：为物体提供动力，促使物体加速．

师：这之间是怎样的能量转化关系呢？

生：弹性势能转化为动能．

师：弹力做正功，弹性势能转化为动能．所以，做正功的意义是将施力物体的能量传递给受力物体，它表示了能量的传递方向．

现在滑块运动到了另一端，大家发现它在减速．

在这种情况下，力的方向与位移方向大于90°，弹力做负功，弹性势能增加，如图3所示．所以，做负功的意义是将受力物体的能量传递给施力物体，它也同样表示能量传递的方向．

图3 弹簧弹力做负功

4 总结

从上面的实验结果，我们已经了解了功的正负的物理意义．

一个力对物体做正功，此力为物体提供动力，促使物体加速，并将施力物体的能量传递给受力物体，实现能量的传递．

一个力对物体做负功，此力为物体提供阻力，阻碍物体运动，并将受力物体的能量传递给施力物体，实现能量的传递．

功的正负其实表明了能量传递的的方向．

5 结束语

本实验运用于功的正负环节的课堂教学，小滑块的加速减速情况现象明显，圆规演示力与位移的方向和夹角现象明显．此外，本实验还可以用于第一节“追寻守恒量”的教学．实验用的低劲度系数的橡皮筋可用来精确的探究“探究功与速度变化关系实验”的教学．

2016-04-02)