正確理解“靜止” 避免應用錯誤

董友軍

(汕頭市實驗學校,廣東 汕頭 515041)

正確理解“靜止” 避免應用錯誤

董友軍

(汕頭市實驗學校,廣東 汕頭 515041)

本文介紹人教版教材關(guān)于“靜止”的不同表述,指出不同表述之間存在的矛盾,并對“靜止”給出正確的理解,同時指出和更正人教版物理必修1中出現(xiàn)的錯誤．

靜止;人教版;物理必修1

“靜止”,是中學物理常用名詞,在人教版物理必修1中多次用到．筆者在使用人教版物理必修1教學過程中,發(fā)現(xiàn)有3處的“靜止”,存在應用錯誤．本文從“靜止”的來源出發(fā),探尋產(chǎn)生應用錯誤的根源,給出“靜止”的正確理解,同時指出人教版物理必修1的3處錯誤并加以更正．或許筆者的理解還不到位,權(quán)當是拋磚引玉,激發(fā)大家參與討論,促進物理教學健康發(fā)展．

1 “靜止”溯源

筆者查閱了人教版初中和高中物理教材,沒有給“靜止”下一個明確的定義,但人教版物理教材關(guān)于“靜止”的表述有3處．

第1處在人教版物理八年級上冊第1章第2節(jié):“人們判斷物體的運動和靜止,總要選取某一物體作為標準．如果一個物體的位置相對于這個標準發(fā)生了變化,就說它是運動的;如果沒有變化,就說它是靜止的．這個作為標準的物體叫參照物”．

第2處在人教版物理必修1第4章第1節(jié):“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài),這就是牛頓第一定律”．

第3處在人教版物理必修1第4章第7節(jié):“如果一個物體在力的作用下保持靜止或勻速直線運動狀態(tài),我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)．牛頓第二定律告訴我們,當物體所受合力為0時,加速度為0,物體將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)”．

2 “靜止”分析

關(guān)于“靜止”的3處表述,筆者有如下分析.

(1) 第1處靜止的表述可以看出,靜止是位置“沒有變化”,說明與之對應的是某一段時間,描述的是一個過程,而不是一個狀態(tài)．且在這個過程中,位移為0,從而得出速度為0;根據(jù)加速度的定義,還可以推出加速度為0．

(2) 第2處靜止的表述可以看出,靜止是一種“狀態(tài)”, 即靜止狀態(tài),而不是一個過程,與之對應的是某一時刻．對于一個狀態(tài)而言,由于對應一個時刻,因此只可以得出速度為0,而不能推出加速度為0．

(3) 第3處靜止的表述可以看出,靜止是一種“平衡狀態(tài)”,對應的是某一個時刻,此時刻速度為0．物體處于平衡狀態(tài),即受到合力為0,由牛頓第二定律可得加速度為0．

(4) 從以上分析可以發(fā)現(xiàn),第1處靜止的表述,說明靜止是一個過程,而第2處和第3處靜止的表述,說明靜止是一個狀態(tài),過程與狀態(tài),相互矛盾,隱含邏輯沖突,從而造成很多中學物理教師對靜止理解出現(xiàn)混亂．

(5) 假如認可“靜止”是表示過程,則就對應一段時間,而在力學中所說的“狀態(tài)”,又是對應一個時刻,則“靜止狀態(tài)”就是同時對應一段時間和一個時刻,顯然“靜止狀態(tài)”不適合組成一個新的名詞,因為名詞內(nèi)部就存在邏輯矛盾.若這樣,“牛頓第一定律”也就存在表述不當,這影響就大了.

(6) 為了使認識順暢,能否把“靜止”分為“靜止狀態(tài)”和“靜止過程”,并根據(jù)上下文含義,有時的靜止理解為靜止狀態(tài),有時的靜止理解為靜止過程．這樣處理好像解決了一些邏輯問題,但會產(chǎn)生新的邏輯錯誤.因為靜止時,物體的位置沒有變化,而過程對應位置改變,沒有位置變化,何來過程?沒有過程,又為何有“靜止過程”呢?顯然,靜止過程也會形成新的邏輯錯誤．

3 “靜止”正解

通過以上分析,筆者認為,“靜止”的正確理解如下.

(1) 在力學中,“靜止”是一個狀態(tài),而不是一個過程．若要表述一段時間物體處于靜止狀態(tài),不能說這一段時間物體處于靜止過程,而只能說這一段時間物體保持靜止狀態(tài)．

(2) “靜止”,即為“靜止狀態(tài)”,是一種平衡狀態(tài),其特征為瞬時速度為0和瞬時加速度為0．若只有瞬時速度為0而瞬時加速度不為0,不能稱為靜止狀態(tài)．

4 “靜止”應用

筆者任教高中物理18年,多次翻閱人教版物理必修1,發(fā)現(xiàn)3處“靜止”應用錯誤,現(xiàn)對其進行分析并加以更正．

錯誤1.第1章第4節(jié)“問題與練習”第3題: 圖1是甲、乙兩個物體運動的v-t圖像,至少從以下3個方面分別說明它們的速度是怎樣變化的．

圖1 說明v-t圖像所代表的運動的特點

(1) 物體是從靜止開始運動還是具有一定的初速度?

(2) 速度的大小是否變化?是加速還是減速?

(3) 運動的方向是否變化?

分析:從圖1乙可以看出,乙物體的初始時刻,瞬時速度為0,但瞬時加速度大于0,因此不滿足靜止的特征:瞬時速度為0和瞬時加速度也為0,故乙物體不是從靜止開始運動．

更正:為了保持習題考查目的不變,此題第(1)問修改為:(1)物體的初速度是否為0?這樣修改后,題目簡潔準確,更加有利于達到考查目的,也避免學生對“靜止”產(chǎn)生錯誤理解．

錯誤2.第2章第2節(jié)“問題與練習”第4題:物體由靜止開始做加速度為1m/s2的勻加速直線運動,4s后加速度大小變?yōu)?.5m/s2,方向仍然與原來相同．請作出它在8s內(nèi)的v-t圖像．

分析:“物體由靜止開始”,而“靜止”就是指同一時刻,瞬時速度為0和瞬時加速度為0,而后面的運動是“加速度為1m/s2”,因此開始和中間過程加速度不同,所以不能稱為勻加速直線運動,顯然題目表述出現(xiàn)邏輯矛盾．

更正:為了保持習題考查目的不變,題目修改如下:把“物體由靜止開始做加速度為1m/s2的勻加速直線運動”修改為“物體由初速度為0開始做加速度為1m/s2的勻加速直線運動”．這樣表述,整個過程都是加速度為1m/s2的直線運動,這樣才可以稱為勻加速直線運動．通過這樣修改,使習題邏輯順暢而嚴謹．

錯誤3.第2章第5節(jié):物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動,叫做自由落體運動．

分析:“物體只在重力作用下”,則物體受到的合力為mg,根據(jù)牛頓第二定律,可以得出物體的加速為g,g不等于0;“從靜止開始下落”,靜止是指同時滿足瞬時速度為0和瞬時加速度為0．若滿足只受重力,加速度就為g;若滿足靜止,加速度就為0,顯然,自由落體運動的定義,表述本身出現(xiàn)邏輯矛盾．

更正:作為教材重要概念的定義,出現(xiàn)文字表述邏輯錯誤實屬不該,為了克服這種前后矛盾,自由落體運動的定義修改如下:物體只在重力作用下從初速度為0開始下落的運動,叫做自由落體運動．

古人云:“善疑者,不疑人之所疑,而疑人之所不疑”．中學物理教師,不但要善于引導學生質(zhì)疑,而且也要鼓勵自己敢于向權(quán)威質(zhì)疑．通過質(zhì)疑,引發(fā)分析,通過分析,得以釋疑,從而使自己的物理專業(yè)素養(yǎng)不斷提升.

1 人民教育出版社.物理必修1[M].北京:人民教育出版社，2010.

2 人民教育出版社.物理八年級上冊[M].北京:人民教育出版社，2012:17.

本文系汕頭市教育局“十三五”研究課題“高中物理高效課堂教學策略研究”(編號:2016GHBY021)的研究成果.

2016-10-07)