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舍弃“物体克服某力做功”表述

初中和高中的物理教科书,都提出了“物体克服某力做功”的定义,比如[1]:

某力对物体做负功,往往说成“物体克服某力做功”(取绝对值)。这两种说法的意义是等同的。例如,竖直向上抛出的球,在向上运动的过程中,重力对球做负功,可以说成“球克服重力做功”。汽车关闭发动机以后,在阻力的作用下逐渐停下来,阻力对汽车做负功,可以说成“汽车克服阻力做功”。

课文后面还安排了一道有关的习题[1]:

……钢绳的拉力做了多少功?重力做了多少功?物体克服重力做了多少功?这些力的总功是多少?

文献[1]定义和举例,都很清晰,逻辑上没有任何问题。但本文还是认为“物体克服某力做功”这种表述,在教科书中应当舍弃,理由如下。

首先,采用这种表述,会增加高中物理教学难度。初中物理教学大纲不要求学生计算负功。但是,有了“物体克服某力做功”这个教材定义过的表述,负功问题就名正言顺地以正功问题的形式出现了。初中学生用力和距离计算“物体克服某力做功”时,可以不用考虑力的方向、位移的方向。这样,多数学生容易形成一个不良的思维定势。到了高中,学习动能定理的应用时,为了矫正计算负功时出现的简单错误,需要额外花费时间。

其次,“物体克服某力做功”这种表述,不如“某力做功”(无论正负),那么简洁好懂。两个表述的主语不同。很多聪明的学生和教师都没有真正理解课本的定义、正确地应用。

第三,“物体克服某力做功”这种表述的采用,有可能鼓励一些教师和参考书,利用这种表述引入势能概念。这可能会有短期正面效果。但是,使用“重力势能增加等于物体克服重力做功”,无益于甚至不利于学生建立“势能变化量等于保守力做功的相反值”这一重要概念。

第四,不少文章,比如讨论秋千问题的文章,爱用“物体克服某力做功”这种表述,读者读起来似懂非懂。这类文章隐含的错误,作者自己和读者有时不容易识别。以前高中课本上还出现过“人上楼梯,人做了多少功”这种题目,大家胡乱地计算出“人克服重力做功”,然后用这个数量作为答案。答题人和出题人都不考虑什么力对什么对象做功,把研究对象作为什么模型对待。多年来多种版本的物理教科书,对“物体克服某力做功”这种表述的采用,是产生了不良效果的。

第五,有一个表述,“甲力克服乙力做功”,至少看上去跟“物体克服某力做功”有点关系。让学生分辨它们,又需要花费时间。例如,高中物理教科书习题[2]:

金属棒bc在两光滑的水平放置的平行金属导轨上运动时,闭合回路AbcD中有感应电流.这时bc棒将受到向( )的磁场力;为使bc棒向右(匀速)运动,必须对bc施加向( )的力,这个力克服( )力做功;在这个过程中( )能转化成了( )能.

这个题目采用了“甲力克服乙力做功”表述。试问,题目作者认为“甲力克服乙力做功”跟“物体克服某力做功”是同一种表述吗?如果是的,那么意味着,统编教科书的作者们,彼此对“物体克服某力做功”这个看似简单的名词,理解上也有不小的差异。如果不是,那么应该在课本正文给“甲力克服乙力做功”也给出一个定义。

本文同样不赞成使用“甲力克服乙力做功”这种表述,虽然这种表述的有害性要弱得多。

历史上的确有不少物理学家的文章,使用了“物体克服某力做功”这样的表述,过去也有苏联教科书使用了这样的表述,但是,考虑到本文指出的问题,中学物理教科书不应该看重这种表述,不应该安排习题以训练学生熟悉这种表述,不应该鼓励现在的学生,未来的作者,继续使用这种表述。

写作本文的时候,笔者注意到,高万斯先生有一篇文章(谈谈关于负功的种种说法, http://www.doc88.com/p-0897386023671.html),表达了对“物体克服某力做功”这个说法的反对意见。笔者同样持反对意见,理由有所不同。

参考文献:

[1]张维善.普通高中课程标准实验教科书物理2必修[M].北京:人民教育出版社,2010.58-60.
[2]人民教育出版社物理室.高级中学课本物理第二册(必修)[M].北京:人民教育出版社,1995.357.

物体克服某力做功.txt · Last modified: 2018/04/20 22:45 by minglang