物理学习应重视概念学习

摘 要：物理概念和规律是物理学习的基础，而物理概念是物理规律学习的基础，因此在物理学习中应重视物理概念学习。物理学中关于某个物理量的定义，则是关于物理概念的最基本、最概括、最实质的内容。因此，在物理概念学习过程中应该深入挖掘物理定义中所隐含的知识，对学生理解、掌握这些物理概念会起到事半功倍的效果。笔者在教学过程中，发现这样一个现象。物理学习成绩比较好的学生，在物理概念的理解上一般都比较深入，甚至有一些自己的想法，不同于老师所讲授的适用于大部分同学的理解方法。本文借助功的概念和一道恒力做功的题目，尝试从不同学生的不同解法中，来分析不同学生对物理概念不同程度的理解。

关键词：物理；概念学习；高中

高中阶段，在理解功的概念时，首先，要注意到根据功的定义求某个力做功时，要求该力必须为恒力。对概念不理解的同学经常会出现乱套公式，只要一看到要求力做功的问题，就直接套用公式W=Fs，而不管所求力是否为恒力。其次，根据公式W=Fs可知，要求功就必须知道力F和位移s，对于这个问题很多学生在不理解的情况下，就经常出现张冠李戴的现象，所用的位移s与所求的力F没有对应关系。在理解该概念时应注意到所用的位移s与所求的力F的对应关系，要求位移应该是所求力的方向上运动的位移。第三，根据定义，求功时必须求出力方向的位移。

在教学过程中，遇到这样一道题：如图所示，在光滑的水平面上有一个质量为m的物体，其右端用一轻质细杆和一不计重力的滑轮相连。有一轻质细线绕过滑轮，一端系在墙上，墙与滑轮间细线水平，另一端受到与水平成θ角的恒定拉力F作用，使物体沿水平方向向右运动了位移s，求这个过程中力F所做的功？本题为选择题：

A. FscosθB. Fs（1+1/cosθ）

C. Fs（1+cosθ）D. 无法确定

在解这道题的过程中，发现学生的解题情况有以下几种。

（1）很多同学在求解这道题的过程中，认为物体向右的位移为s，那么滑轮的位移也为s，直接利用公式求得W=Fscosθ，因此选择A。这部分同学出错的原因在于：没有区别滑轮的位移和力F的位移，把两者等同了。实际上力F作用在绳子的末端，而不是作用在滑轮上，所以对应的位移应该是绳子末端的位移而不是滑轮的位移。

（2）另外有些同学认识到这个问题，但认为绳子末端的位移是沿细线方向的，即需要把水平细线拉过去s和斜线部分拉过s/cosθ，所以细线末端移动的距离为（s+s/cosθ），因此恒力F做功为W=Fs（1+1/cosθ），因此选择B。出现这种错误的原因在于恒力F方向不变，但位移方向不是沿细线方向的，所以细线末端的位移不等于（s+s/cosθ）。

（3）因为力F为恒力，所以适用功的公式求解。因为力F作用在绳子末端，所以利用公式求解就必须先知道绳子末端的位移。由几何关系可以求得细线末端移动的距离为2scos（θ/2），则W=F·2scos（θ/2）·cos（θ/2）=2Fs（cosθ/2）2=Fs（1+cosθ），因此正确答案应该为C。但由于数学教学进度和物理不同步，导致三角函数中的和差化积公式还没有学过，因此本题原来比较简单的解题思路，学生由于数学知识不足无法解出最后答案。

（4）因为拉力F做功都是用来对物体做功，所以只需找到细杆对物体所做的功即可。对滑轮应用牛顿定律可得细杆对滑轮的水平拉力大小为T=F+Fcosθ、滑轮位移为s，所以细杆对物体所做的功即拉力F所做的功为W=Ts=Fs（1+cosθ），因此选择C。这种方法通过恒力F的功转化成细杆对物体的功，使力和位移的对应关系容易确定，使问题得以巧解，转化思想是一个很好的解题方法。但由于大部分学生对功能原理还不是很熟悉，所以很少同学能够想到这种方法。

（5）有个别学生对功的概念深入理解，在解这道题的时候，将绳子末端的实际位移，分解为沿水平方向和沿恒力F方向的两个分位移，即沿水平方向的位移为s，沿恒力F方向的位移也为s。因此恒力F做功为W=Fscosθ+Fs=Fs（1+cosθ）。表面上看，这种方法和第（3）所述有点相似，但由于对功的概念的深入理解，使得避免了繁琐的数学运算，使得复杂问题能够转化成较为简单的运算，而这里的关键就在于位移的分解。

实际上在利用公式W=Fscosθ求解恒力做时，关键在于对功的概念的理解，万变不离其宗。在理解功的概念时应该注意把握好以下几个问题：第一，先确定作用力为恒力。或者整个过程来看为变力，但分段作用为恒力。第二，确定力的作用点在哪里，从而正确确定该恒力的位移。第三，选用适当的方法，分解力或者分解位移，再利用相关的物理、数学知识求解。

从上面的例题中，我们可以看出学生对概念的理解程度的差异决定了学生在解题中的差异。我们可以發现，不同学生对同一个物理概念的理解层次是不一样的，这也就导致了不同学生在解决物理问题时，所使用的方法有所不同，解题速度也有所不同，甚至解题质量也有所差异。对物理概念不理解的同学很难解决相应的问题导致出现错误的答案；理解的同学则基本能够解决相应的问题；而深入理解的同学则能够轻易并且高效地解决问题。因此，在物理概念的教学中，教师应该深入挖掘物理概念所包含的所有内容，并有效地在教学过程中逐步渗透，使学生能够深入理解物理概念，并有自己的理解。只有这样，学生才能真正掌握物理概念，从而学好物理，不断提高自己的科学素养。

作者简介：

陈炳河，福建省泉州市，泉州培元中学。