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        高中物理教材中幾處內(nèi)容的商榷

        2014-10-21 13:16:16
        物理教師 2014年8期
        關(guān)鍵詞:線(xiàn)速度向心力角速度

        蔣 軍

        (安徽省無(wú)為縣第一中學(xué),安徽 無(wú)為 238300)

        通過(guò)近幾年來(lái)對(duì)高中物理的教學(xué),筆者發(fā)現(xiàn)在高中物理教材存在的一些問(wèn)題,并提出相關(guān)的建議.

        1 關(guān)于x-t圖像的理解

        x-t圖像(教材中的正式稱(chēng)謂是位移-時(shí)間圖像),是高一物理前兩章中十分重要的知識(shí)點(diǎn).無(wú)論是老版人教社教材還是新版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū),該知識(shí)點(diǎn)都屬于學(xué)生必須掌握的內(nèi)容.該圖像對(duì)于幫助學(xué)生理解物體直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有著極其重要的作用.但是筆者卻在教學(xué)和使用教材的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)關(guān)于x-t圖像坐標(biāo)意義的矛盾之處,筆者認(rèn)為將x-t圖像稱(chēng)為位移-時(shí)間圖像,將縱坐標(biāo)的意義歸屬于位移的做法有待商榷.

        如果要將此圖像稱(chēng)為位移-時(shí)間圖像的話(huà),那么速度的概念只能理解為位移的變化與對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔的比值(位移對(duì)時(shí)間的變化率)即表示位移變化快慢的物理量,這是有悖于速度概念的原意.若理解為位置-時(shí)刻的圖像,那么速度的物理意義就可以理解為位置變化的物理量.這將有助學(xué)生對(duì)知識(shí)前后的一致性的理解.

        2 關(guān)于彈力的定義

        現(xiàn)行人教社必修1第55頁(yè)對(duì)于彈力的定義是這樣的:發(fā)生形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用,這種力叫做彈力.

        個(gè)人認(rèn)為應(yīng)當(dāng)將其中的形變改為彈性形變比較好,因?yàn)橹挥邪l(fā)生形變的物體形狀恢復(fù)原狀,這樣才會(huì)對(duì)被接觸的物體產(chǎn)生彈力的相互作用.

        3 關(guān)于線(xiàn)速度的定義

        關(guān)于圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)于線(xiàn)速度定義的爭(zhēng)議由來(lái)已久.很多教材都是用“弧長(zhǎng)與時(shí)間的比值”來(lái)定義的.

        圖1

        前面的學(xué)習(xí)過(guò)的速度的概念是用位移與時(shí)間的比值來(lái)定義的,是矢量;而人教版用弧長(zhǎng)與時(shí)間的比值來(lái)定義線(xiàn)速度.按照課本的定義,線(xiàn)速度本來(lái)是一個(gè)標(biāo)量,之后課本又說(shuō)線(xiàn)速度為矢量,并給出了線(xiàn)速度的方向,這樣一來(lái)不免讓人感到有些不自然,那么我們?cè)撊绾卫斫庹n本的這個(gè)定義呢?

        筆者認(rèn)為最好的方法是通過(guò)建立極坐標(biāo)系和自然坐標(biāo)系來(lái)進(jìn)行求解.

        設(shè)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)沿半徑為r的圓做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)如圖1所示.此時(shí),質(zhì)點(diǎn)的線(xiàn)速度為

        質(zhì)點(diǎn)的加速度為

        這樣一來(lái),切向和法向的加速度就分別求出來(lái)了.

        若采用人教版的定義方法,則矢量(數(shù)學(xué)上稱(chēng)為向量)的地位在物理上得不到充分的體現(xiàn),不利于學(xué)生對(duì)矢量概念的強(qiáng)化.另外,通過(guò)強(qiáng)化矢量的概念不僅有助學(xué)生對(duì)向心加速作用的理解,也有助于學(xué)生在今后學(xué)習(xí)中對(duì)科里奧利加速度的理解.目前美國(guó)高中學(xué)校普遍使用的主流教材《科學(xué)發(fā)現(xiàn)者》一書(shū)和麻省理工開(kāi)放課程中對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)速度的定義就是利用位移與時(shí)間的比值,筆者覺(jué)得是可以供編者和教師參考的一種方法.

        4 關(guān)于對(duì)角速度的認(rèn)識(shí)

        在現(xiàn)行教材上認(rèn)為角速度是一個(gè)矢量,這比老版本教材有所改進(jìn).但筆者認(rèn)為,加入了判斷角速度方向的右手螺旋定則后就會(huì)更加完善.

        另外,對(duì)角速度單位的定義,個(gè)人覺(jué)得也有些欠妥.書(shū)上把rad/s和s-1都稱(chēng)為角速度的單位,若后者也能算作角速度的單位,這不免和后面的頻率單位相沖突(頻率單位是Hz或s-1).

        5 關(guān)于對(duì)向心力的認(rèn)識(shí)

        一般認(rèn)為向心力是效果力,因此關(guān)于向心力的說(shuō)法只能稱(chēng)為需要的向心力或外界所能提供的向心力.但是,關(guān)于向心力的課后習(xí)題中有一題是這樣說(shuō)的:

        例.(高中物理必修2)一個(gè)圓盤(pán)在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度是4rad/s,盤(pán)面上距圓盤(pán)中心0.10m的位置有一個(gè)質(zhì)量為0.10kg的小物體在隨圓盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng).

        (1)求小物體所受向心力的大小.

        (2)關(guān)于小物體所受的向心力,甲、乙兩人有不同意見(jiàn):甲認(rèn)為這個(gè)向心力等于圓盤(pán)對(duì)小物體的靜摩擦力,指向圓心;乙認(rèn)為小物體有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),靜摩擦力方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反,即向后,而不是與運(yùn)動(dòng)方向垂直,因此向心力不可能是靜摩擦力.你的意見(jiàn)是什么?說(shuō)明理由.

        其中,提到所受向心力的大小,筆者覺(jué)得有失偏頗.根據(jù)題意,建議改為所需向心力的大小,或者是所受合外力的大小.

        以上就是本人對(duì)人教出版社教材中所出現(xiàn)一些問(wèn)題的一般認(rèn)識(shí),望各位同行批評(píng)和指正.

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