辯證理解“自由落體運(yùn)動(dòng)”概念中的靜止

余俊文

(邛崍市平樂中學(xué) 四川 成都 611539)

在“淺談自由落體運(yùn)動(dòng)的定義”一文中[1]，作者認(rèn)為教科書中“自由落體運(yùn)動(dòng)”的定義不正確，正確的定義應(yīng)該表述為：“物體只在重力作用下，從速度為零開始下落的運(yùn)動(dòng)，叫做自由落體運(yùn)動(dòng)”[1]，作者核心觀點(diǎn)認(rèn)為“從靜止開始”和“從速度為零開始”不是一回事，這值得商榷．對(duì)于“靜止”和“速度為零”是不是一回事，我們需要從三個(gè)層次辯證地理解．

1 辯證理解物理概念

《心理學(xué)》指出，概念就是“同類事物的共同關(guān)鍵特征”．由于概念自身層次不同，有一級(jí)概念，它代表事物的表象；還有二級(jí)概念，它有明確的定義，代表了概念間的關(guān)系[2]．物理概念也有一級(jí)概念強(qiáng)調(diào)物理過程的表象，由于學(xué)生的知識(shí)局限和認(rèn)識(shí)能力局限，暫時(shí)只能對(duì)物理過程共同特征進(jìn)行描述，這里稱之為：描述性概念，屬于還需要發(fā)展、完善的初級(jí)概念；物理概念還有二級(jí)概念，強(qiáng)調(diào)明確的、準(zhǔn)確的定義，這里把它稱之為：定義性概念，屬于不再發(fā)展的終極概念．比如， 壓力就屬于定義性概念．其概念內(nèi)涵一步到位，準(zhǔn)確無任何歧義；再如溫度、動(dòng)能等最初就屬于典型的描述性概念．其概念內(nèi)涵只能逐步到位，一次比一次加深，循序漸進(jìn)地從定性的初步描述逐步上升到定量的、準(zhǔn)確的表述；還有些物理概念，比如電荷等至今都沒有定義，隨著科技的進(jìn)步和人類研究的深入，會(huì)不斷地豐富這些概念的內(nèi)涵，但現(xiàn)在只能是描述性而非定義性的概念．《全日制中學(xué)物理教學(xué)大綱(修訂本)》指出：“許多物理概念，如力、能等，在開始時(shí)只能做初步要求，在以后的教學(xué)中逐步加深．”[3]就說明了物理概念有多重層次，就需要對(duì)應(yīng)地多重理解．很多情況下物理概念盡管存在定義，但學(xué)習(xí)者仍然需要從描述性開始學(xué)習(xí)，循序漸進(jìn)不斷豐富和完善概念內(nèi)涵，最后形成定義性概念．比如，學(xué)習(xí)物理學(xué)中的靜止就從生活中認(rèn)識(shí)的“不動(dòng)”開始的．對(duì)于教師必須清楚物理概念的目前最高層次，并且在物理概念教學(xué)中，必須把握好描述性在不同階段、不同教學(xué)對(duì)象中的度，否則一開始就端出概念的最高層次(定義)，會(huì)違背教學(xué)“循序漸進(jìn)” 的基本原則，也違背了概念內(nèi)涵的量變到質(zhì)變的辯證關(guān)系．

2 辯證理解物理學(xué)的靜止

認(rèn)識(shí)靜止概念是個(gè)層次不斷提升的過程．靜止最初沒有給出定義屬于描述性概念，由于靜止和運(yùn)動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的一對(duì)孿生兄弟，我們認(rèn)識(shí)靜止是從認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)開始的，高中物理教科書指出：“物體相對(duì)于其他物體的位置變化，叫機(jī)械運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱運(yùn)動(dòng)．”[3]即物體與參考系，有位置變化則物體運(yùn)動(dòng)；沒有位置變化則物體靜止．后來用位移來定量描述“位置變化”，于是就有物體有位移s≠0則物體運(yùn)動(dòng)；物體沒有位移s=0則物體靜止．再后來用速度即位移與時(shí)間的比值來描述運(yùn)動(dòng)與否和運(yùn)動(dòng)快慢，于是就有物體有速度，即v≠0則物體運(yùn)動(dòng)；物體沒有速度，即v=0則物體靜止．之后就最常用最高層次的概念，即速度為零與否來描述物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止，并且“v=0”是“靜止”的充要條件．

速度v=0有兩種情況，對(duì)應(yīng)的靜止也有兩種情況：第一種情況是速度持續(xù)為零，對(duì)應(yīng)的靜止為持續(xù)靜止，物理教科書則用“保持靜止?fàn)顟B(tài)”來描述；第二種情況是速度瞬間(某時(shí)刻)為零，對(duì)應(yīng)的物體為瞬時(shí)靜止，物理教科書則用“從靜止開始”、在“某個(gè)時(shí)刻某個(gè)位置靜止”等來描述整個(gè)變速運(yùn)動(dòng)中的瞬時(shí)靜止．

文獻(xiàn)[1]作者認(rèn)為“從靜止開始”和“從速度為零開始”不是一回事，其實(shí)就是否認(rèn)瞬時(shí)靜止的存在．瞬時(shí)靜止到底存不存在呢？不妨用反證法做如下證明：假如瞬時(shí)靜止不存在，由前面“v=0是靜止的充要條件”可得瞬時(shí)速度為零就不存在，又因勻變速直線運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本公式本身就包含有瞬時(shí)速度為零的情況，進(jìn)一步得出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本公式就不存在，那么，我們所學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律就不存在，從而得出一個(gè)如此荒謬的結(jié)論，所以，瞬時(shí)靜止是存在的．

文獻(xiàn)[1]作者否認(rèn)瞬時(shí)靜止的存在，在于絕對(duì)化了靜止．唯物辯證法關(guān)于運(yùn)動(dòng)和靜止的基本觀點(diǎn)認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的、永恒的，靜止是相對(duì)的、暫時(shí)的．“自由落體運(yùn)動(dòng)”概念中的靜止是非平衡的、瞬時(shí)的靜止，質(zhì)點(diǎn)下一個(gè)時(shí)刻就運(yùn)動(dòng)起來，是整個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)t=0時(shí)v=0的特殊組成部分．從哲學(xué)的角度來理解，就很容易理解瞬時(shí)靜止，“形而上學(xué)的錯(cuò)誤就在于把相對(duì)靜止夸大成為絕對(duì)的東西．”[4]．如果我們一見到靜止就片面地理解為持續(xù)的靜止?fàn)顟B(tài)，否定瞬時(shí)靜止的存在；如果我們一提到靜止就把運(yùn)動(dòng)和靜止毫無關(guān)系地對(duì)立起來，水火不容，否定運(yùn)動(dòng)中有靜止，靜止是特殊的運(yùn)動(dòng)形式等；如果我們一遇到物理概念就把它作為定義，否定概念也要符合循序漸進(jìn)．

3 辯證理解自由落體概念中的靜止

物理教科書在講述運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系時(shí)指出，“從牛頓第二定律知道，當(dāng)物體合外力為零時(shí)，加速度為零，物體將保持靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)．”[5]這里的“物體保持靜止”是指持續(xù)靜止v=0，且a=0的情況，而非物體瞬時(shí)靜止v=0，a≠0的情況．可見，平衡(合外力為零)并非靜止(v=0)的充分條件也非必要條件，在靜止情況中只有保持(持續(xù))靜止才能推導(dǎo)出物體處于平衡狀態(tài)，而靜止情況除持續(xù)靜止外還有瞬時(shí)靜止，瞬時(shí)靜止的物體是不平衡的，那么只有保持靜止才能推導(dǎo)出物體處于平衡狀態(tài)，由靜止不能推導(dǎo)出物體處于平衡狀態(tài)．因此，建立在錯(cuò)誤的“平衡是靜止的充要條件”的理解基礎(chǔ)上的一切推理都是錯(cuò)誤的．從線條圖1中可以清楚知道它們的關(guān)系.

圖1 物體所處狀態(tài)的線條圖

再看教材在“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)中的論述過程，教科書首先給出“自由落體運(yùn)動(dòng)”的初步概念，“物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)，叫做自由落體運(yùn)動(dòng)”之后進(jìn)一步解釋道：“自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．”[5]這里就補(bǔ)充說明了概念中的“靜止”是指初速度為零而且是瞬時(shí)初速度為零，很明確這里的靜止是非平衡狀態(tài)下的瞬時(shí)靜止，不是平衡狀態(tài)下的持續(xù)靜止．教科書再進(jìn)一步給出重力加速度及其取值之后，指出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)式為，“只要把這些公式(勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式)中的v0取作零，并且用g來代替加速度a就行了．”[5]在同一節(jié)教材中對(duì)“自由落體運(yùn)動(dòng)”概念進(jìn)行了兩次加深完善，循序漸進(jìn)不僅使學(xué)習(xí)者容易接受，而且還可以激發(fā)學(xué)習(xí)者深入探索的求知欲望，絲毫不會(huì)對(duì)“從靜止開始”這幾個(gè)字產(chǎn)生歧義，即使學(xué)習(xí)者在最初的概念中產(chǎn)生了歧義，也會(huì)在逐步補(bǔ)充完善中得以消除．可見，把初步的自由落體運(yùn)動(dòng)的“概念”當(dāng)成最終的“定義”來處理，本身就是錯(cuò)誤的．

參考文獻(xiàn)

1 董友軍.淺談自由落體運(yùn)動(dòng)的定義.物理教師，2010(1):14

2 李小融.教育心理學(xué)新編.成都：四川教育出版社，2005.175

3 國(guó)家教委.全日制中學(xué)物理教學(xué)大綱(修訂本).北京：人民教育出版社，1990.5

4 李達(dá).唯物辯證法大綱.北京：人民出版社，1978.65

5 人教社物理室.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(必修)物理第一冊(cè).北京：人民教育出版社，2006.19，35～36，65