物理教學中幾個常見問題的討論*①

李娜娜岑天慶

(中山市華僑中學 廣東 中山 528400)

①*廣東省教育學會物理教學專業(yè)委員會“十二五”規(guī)劃課題“物理問題的發(fā)現(xiàn)鑒別和創(chuàng)新解決研究”,課題編號:WLJXYJ2011-60

摘 要：本文對高中物理教學中，物理圖像的臨界點問題、力和加速度的時間因果關(guān)系、摩擦力中有關(guān)相對運動的表述等常見問題進行探討.

關(guān)鍵詞：物理教學常見問題討論

收稿日期：(2015-04-22)

在高中物理教學中，有些問題看起來很簡單，在教學過程中往往被忽略，但在習題中出現(xiàn)時卻會發(fā)現(xiàn)我們對概念、規(guī)律的分析和理解是不全面的，甚至是錯誤的.下面讓我們來分析教學中常見的幾個問題.

1物理圖像的臨界點問題

高中物理教學中,圖像的臨界點問題有些是可以討論的，有些是不能討論的.學生常常會問到這類問題，習題中有時也會出現(xiàn)這類不該出現(xiàn)的問題.

【例1】(2014年廣東省普通高中學業(yè)水平考試物理試卷選擇題第43題)圖1是質(zhì)點做直線運動的s-t圖像．下列說法正確的是

A．質(zhì)點在t1時刻位移最小

B．質(zhì)點在t2時刻速度為零

C．質(zhì)點先做加速運動再做減速運動

D．質(zhì)點在0～t1和t1～t2時間內(nèi)的運動方向相反

圖1

題目所給的答案是D項.從圖中可以看出，物體在0～t1時間內(nèi)做正向勻速直線運動，在t1～t2時間內(nèi)做反向勻速直線運動，t2時刻回到原點.t2時刻以后物體不再運動，速度為零，圖像中t1時刻和t2時刻是臨界點問題.只能討論t1時刻和t2時刻的位移，不能討論t1時刻和t2時刻的速度.選項B“質(zhì)點在t2時刻速度為零”，t2時刻的速度是一個不應(yīng)該討論的問題.

那么，t2時刻的速度是多大呢？由相關(guān)數(shù)學知識知道，在t1時刻和t2時刻函數(shù)連續(xù)但不可導，也就是說在t1時刻和t2時刻的函數(shù)值(位移)是確定的、有意義的.但因為在t1時刻和t2時刻函數(shù)在兩邊的導數(shù)不相等，所以在t1時刻和t2時刻函數(shù)的導數(shù)(速度)是不確定的，沒有意義的.

同樣，如圖2所示的v-t圖像，0～t1時間內(nèi)物體做勻加速直線運動，t1～t2時間內(nèi)做勻減速直線運動.圖像中t1時刻和t2時刻是臨界點問題，只能討論t1時刻和t2時刻的速度，不能討論t1時刻和t2時刻的加速度.在t1時刻和t2時刻的函數(shù)值(速度)是確定的，有意義的.但因為在t1時刻和t2時刻函數(shù)在兩邊的導數(shù)不相等，所以在t1時刻和t2時刻函數(shù)的導數(shù)(加速度)是不確定的，沒有意義的.

圖2 圖3

但在如圖3所示的v-t圖像中，0～t1時間內(nèi)物體做加速度逐漸減小的加速運動，t1～t2時間內(nèi)做加速度逐漸增加的減速運動.在t1時刻圖像是平滑的，函數(shù)在t1時刻連續(xù)且可導，在t1時刻函數(shù)值(速度)及導數(shù)(加速度)均有確定值，t1時刻函數(shù)導數(shù)(加速度)為零.

類似這樣的臨界點問題，在我們所學的v-t圖像、s-t圖像、B-t圖像、φ-t圖像中都會出現(xiàn)，在教學中，我們應(yīng)該告訴學生為什么不對該點作分析，在命題中應(yīng)該避免這樣無意義的選項的出現(xiàn).

2力和加速度是同時變化的嗎？

【例2】(高中物理·必修1教師教學用書[1]的第219頁)根據(jù)牛頓第二定律，判斷下列說法正確的是

A．加速度和合力的關(guān)系是瞬間對應(yīng)關(guān)系，即a與F同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失

B．加速度的方向總是與合外力的方向相同

C．同一物體的運動速度越大，受到的合外力越大

D．物體的質(zhì)量與它所受的合外力成正比，與它的加速度成反比

答案給的正確選項是A，B.對于A項的解釋是力與加速度有因果關(guān)系而無先后關(guān)系，具有同時性.但是，力和加速度真的具有同時性嗎？

牛頓運動定律是高中物理教學中最重要的內(nèi)容，在教學中都會對該定律做重點講述.牛頓運動定律同時揭示了深刻的因果關(guān)系內(nèi)涵，對定律的正確理解與否關(guān)系到整個高中教學的成敗.事物是普遍聯(lián)系的，兩個事件之間聯(lián)系的因果關(guān)系有3種情況：(1)兩個事件之間無因果關(guān)系，這樣的兩個事件之間的時間先后無必然性.(2)兩個事件之間有因果關(guān)系，這樣的兩個事件之間的時間先后有必然性.原因一定在前，結(jié)果一定在后.(3)兩個事件之間互為因果關(guān)系，這樣的兩個事件之間有因果關(guān)系，無時間先后，兩個事件之間有同時性.

牛頓第二定律中的作用力與加速度，就是典型有因果關(guān)系，作用力是原因，加速度是結(jié)果，時間先后有必然性，作用力一定在先，加速度一定在后，二者的時間順序不能顛倒，也不具有同時性.嚴格來說，應(yīng)該是有力作用在物體上，物體立刻獲得加速度.只是因為這一先后之間的時間間隔極其之短，往往會忽略這一時間，力與加速度既有因果關(guān)系，也有時間先后關(guān)系，力與加速度之間是瞬時性.

牛頓第三定律中的作用力與反作用力，就是典型的互為因果關(guān)系.作用力與反作用力是互為因果的關(guān)系,它們之間有因果關(guān)系，無時間先后.作用力與反作用力之間有同時性,同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失.

文獻[1]顯然混淆了同時性與瞬時性，因果關(guān)系與互為因果關(guān)系的區(qū)別.造成了師生的誤讀，建議作相關(guān)修改.

3摩擦力中相對運動的理解

在摩擦力的教學中，產(chǎn)生摩擦力的條件有：(1)有彈力；(2)接觸面粗糙；(3)有相對運動(趨勢).摩擦力的方向總是與物體相對運動(趨勢)的方向相反.在教學中不斷跟學生強調(diào)不能說成與運動(趨勢)的方向相反，千萬不能少了“相對”二字，那么這里的相對運動指的是什么呢？

圖4

運動是相對的，選不同的參考系，物體是否運動,如何運動，結(jié)論可能完全不同.可以說任何運動都是相對的,任何運動都是相對運動.但在研究摩擦力的時候，相對運動主要是指對參考系的特定選擇.我們賦予了“相對運動”特殊的含義：由于摩擦力產(chǎn)生在相互接觸的物體之間，“相對運動”特指相互接觸的產(chǎn)生摩擦力的物體互為參考系，一個物體相對于另一個與它接觸的產(chǎn)生摩擦力物體的運動，就是這里所指的相對運動.而我們平時所說的物體的運動，在地面上運動的物體，往往選擇的參考系是地面.地面成了我們選擇參考系的標準.以物體在傳送帶上的運動為例,如圖4所示，將物體靜止放在傳送帶上，物體對于地面和傳送帶的運動都是相對運動.相對于傳送帶向左運動，相對于地面向右運動，但在研究摩擦力的時候，“相對運動”特指物體相對于傳送帶的運動，只能選傳送帶為參考系.因為摩擦力產(chǎn)生在物體與傳送帶之間.物體相對于傳送帶向左運動，受到的摩擦力向右.而物體相對于地面的運動不能理解為“相對運動”.

所以在分析摩擦力的相關(guān)問題時，只有選擇相互接觸的產(chǎn)生摩擦力的物體互為參考系，才能對物體的相對運動方向做正確的判斷，才能正確分析相關(guān)問題.

參 考 文 獻

1廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究出版中心物理教材編寫組.物理教師教學用書 必修1.廣州：廣東教育出版社,2013.7