人教版高中《物理》“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”內(nèi)容質(zhì)疑

石磊

摘 要 在人教版高中物理教材必修2“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”一章中，部分內(nèi)容的表述存在不妥之處，本文在教材分析的基礎(chǔ)上，對(duì)教材表述的不妥之處提出修改建議。

關(guān)鍵詞 機(jī)械運(yùn)動(dòng) 教材分析 修改建議

一、教材分析

1.用類比法推測(cè)彈性勢(shì)能

教材（第60頁(yè)）這樣表述：“在探究彈性勢(shì)能表達(dá)式時(shí)，可以參考對(duì)重力勢(shì)能的討論，……重力勢(shì)能與物體被舉起的高度h有關(guān)，所以彈性勢(shì)能很可能與彈簧被拉伸的長(zhǎng)度l有關(guān)?！盵1]顯然，教材力圖引導(dǎo)學(xué)生把彈性勢(shì)能與重力勢(shì)能進(jìn)行類比，從重力勢(shì)能與物體被舉起的高度h有關(guān)，類比得出彈性勢(shì)能可能與彈簧被拉伸的長(zhǎng)度l有關(guān)。然而，教學(xué)中把彈性勢(shì)能與重力勢(shì)能進(jìn)行類比是否恰當(dāng)值得商榷。類比是人類認(rèn)知方式之一，類比認(rèn)知的關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)者只有對(duì)已知事物和未知事物存在相似性有所認(rèn)識(shí)，才能根據(jù)已知事物的屬性特征，類比得出未知事物可能具備的屬性特征。事實(shí)上，彈性勢(shì)能是學(xué)生首次接觸的概念，并不了解彈性勢(shì)能跟以前學(xué)過的重力勢(shì)能是否存在相似，因此也就不可能按照教材的引導(dǎo)，把重力勢(shì)能跟彈性勢(shì)能進(jìn)行類比，從而得出彈性勢(shì)能可能與彈簧被拉伸的長(zhǎng)度l有關(guān)。顯然，教材引導(dǎo)學(xué)生用類比法推測(cè)彈性勢(shì)能由哪些因素決定，會(huì)因?qū)W生缺乏雙方相似性的認(rèn)知而不能展開類比。

2.判斷動(dòng)能表達(dá)式的依據(jù)

教材（第72頁(yè)）這樣表述：“w=1/2mv22-1/2mv12從這個(gè)式子可以看出，1/2mv2很可能是一個(gè)具有特定意義的物理量，因?yàn)檫@個(gè)量在過程終了與過程開始的差，正好等于外力對(duì)物體所做的功，所以1/2mv2應(yīng)該就是我們尋找的動(dòng)能表達(dá)式 ?！盵1]這段關(guān)于動(dòng)能表達(dá)式的判斷比較模糊。原因在于教材所說的“因?yàn)檫@個(gè)量在過程終了與過程開始的差，正好等于外力對(duì)物體所做的功”只是闡述了功能關(guān)系，而“1/2mv2”究竟是什么能，還應(yīng)該從表達(dá)式的物理量構(gòu)成和單位來判斷：其一，1/2mv2中包含了動(dòng)能因子m和v；其二，當(dāng)m單位取“kg”，v單位取“m/s”時(shí)，推得1/2mv2的單位是“J”，與能量單位相符。所以1/2mv2是動(dòng)能表達(dá)式?？傊瑔渭儚墓δ荜P(guān)系出發(fā)不可能作出確切的判斷。

3.預(yù)設(shè)機(jī)械能守恒定律研究的前提

教材在研究機(jī)械能守恒定律時(shí)（第76頁(yè)）這樣表述：“動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化是否存在某種定量關(guān)系？這里以動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化為例，討論這個(gè)問題。我們討論物體只受重力的情況?！盵1]教材顯然把“我們討論物體只受重力的情況”作為研究機(jī)械能守恒定律的前提。然而這是不妥的，原因在于這個(gè)前提的出現(xiàn)割斷了與教材演示實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系。教材在研究機(jī)械能守恒定律一開始，就已經(jīng)設(shè)置了細(xì)線懸掛的小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析可得到：（1）小球受重力、拉力以及空氣阻力的作用。（2）只有重力與空氣阻力對(duì)小球做了功，重力做功使小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能發(fā)生轉(zhuǎn)化，空氣阻力做功使小球的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（3）據(jù)此可以提出這樣的推斷：只有重力做功時(shí)物體的機(jī)械能守恒。這個(gè)推斷是否正確，無疑就是接下來要通過理論推導(dǎo)來論證解決的問題。然而教材卻聲明“我們討論物體只受重力的情況”，這顯得有些突兀，使得演示實(shí)驗(yàn)分析與推斷論證的銜接失去連貫性。

二、修改建議

第一，采用實(shí)驗(yàn)方法探究影響彈性勢(shì)能大小的因素。如圖1所示，用小木塊A壓縮一端固定的彈簧，放手后因彈力做功小木塊被推出一段距離，彈簧壓縮量越大，小木塊被推出的距離越大，利用功能關(guān)系分析可得彈簧壓縮量越大，彈性勢(shì)能就越大；改用勁度系數(shù)不同的彈簧再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析可得彈簧勁度系數(shù)越大，彈性勢(shì)能就越大。此實(shí)驗(yàn)所用器材簡(jiǎn)單，操作便捷，可在較短時(shí)間內(nèi)判斷得出：影響彈性勢(shì)能大小的因素是彈簧的形變量x和彈簧勁度系數(shù)k。

第二，判斷1/2mv2是否就是動(dòng)能，教材應(yīng)增加相應(yīng)的提示，如“可以從表達(dá)式的物理量構(gòu)成和單位來判斷”，以此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考并做出確切的判斷，加深對(duì)動(dòng)能表達(dá)式的理解。

第三，把教材中“我們討論物體只受重力的情況”這句話，改為論證實(shí)驗(yàn)推斷的表述。如：“通過演示實(shí)驗(yàn)分析我們得到這樣的推斷：在只有重力做功情況下，物體的機(jī)械能守恒。這個(gè)推斷是否正確，可以從理論上進(jìn)行論證?！比绱吮硎鍪寡菔緦?shí)驗(yàn)與推斷論證保持了研究思路的連貫性，同時(shí)也提高了教材的可讀性。

參考文獻(xiàn)

[1] 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》（必2）[M].北京：人民教育出版社，2010.

【責(zé)任編輯 郭振玲】