辩证理解“自由落体运动”概念中的静止

余俊文

(邛崃市平乐中学 四川 成都 611539)

在“浅谈自由落体运动的定义”一文中[1]，作者认为教科书中“自由落体运动”的定义不正确，正确的定义应该表述为：“物体只在重力作用下，从速度为零开始下落的运动，叫做自由落体运动”[1]，作者核心观点认为“从静止开始”和“从速度为零开始”不是一回事，这值得商榷．对于“静止”和“速度为零”是不是一回事，我们需要从三个层次辩证地理解．

1 辩证理解物理概念

《心理学》指出，概念就是“同类事物的共同关键特征”．由于概念自身层次不同，有一级概念，它代表事物的表象；还有二级概念，它有明确的定义，代表了概念间的关系[2]．物理概念也有一级概念强调物理过程的表象，由于学生的知识局限和认识能力局限，暂时只能对物理过程共同特征进行描述，这里称之为：描述性概念，属于还需要发展、完善的初级概念；物理概念还有二级概念，强调明确的、准确的定义，这里把它称之为：定义性概念，属于不再发展的终极概念．比如， 压力就属于定义性概念．其概念内涵一步到位，准确无任何歧义；再如温度、动能等最初就属于典型的描述性概念．其概念内涵只能逐步到位，一次比一次加深，循序渐进地从定性的初步描述逐步上升到定量的、准确的表述；还有些物理概念，比如电荷等至今都没有定义，随着科技的进步和人类研究的深入，会不断地丰富这些概念的内涵，但现在只能是描述性而非定义性的概念．《全日制中学物理教学大纲(修订本)》指出：“许多物理概念，如力、能等，在开始时只能做初步要求，在以后的教学中逐步加深．”[3]就说明了物理概念有多重层次，就需要对应地多重理解．很多情况下物理概念尽管存在定义，但学习者仍然需要从描述性开始学习，循序渐进不断丰富和完善概念内涵，最后形成定义性概念．比如，学习物理学中的静止就从生活中认识的“不动”开始的．对于教师必须清楚物理概念的目前最高层次，并且在物理概念教学中，必须把握好描述性在不同阶段、不同教学对象中的度，否则一开始就端出概念的最高层次(定义)，会违背教学“循序渐进” 的基本原则，也违背了概念内涵的量变到质变的辩证关系．

2 辩证理解物理学的静止

认识静止概念是个层次不断提升的过程．静止最初没有给出定义属于描述性概念，由于静止和运动是机械运动中的一对孪生兄弟，我们认识静止是从认识运动开始的，高中物理教科书指出：“物体相对于其他物体的位置变化，叫机械运动，简称运动．”[3]即物体与参考系，有位置变化则物体运动；没有位置变化则物体静止．后来用位移来定量描述“位置变化”，于是就有物体有位移s≠0则物体运动；物体没有位移s=0则物体静止．再后来用速度即位移与时间的比值来描述运动与否和运动快慢，于是就有物体有速度，即v≠0则物体运动；物体没有速度，即v=0则物体静止．之后就最常用最高层次的概念，即速度为零与否来描述物体是运动还是静止，并且“v=0”是“静止”的充要条件．

速度v=0有两种情况，对应的静止也有两种情况：第一种情况是速度持续为零，对应的静止为持续静止，物理教科书则用“保持静止状态”来描述；第二种情况是速度瞬间(某时刻)为零，对应的物体为瞬时静止，物理教科书则用“从静止开始”、在“某个时刻某个位置静止”等来描述整个变速运动中的瞬时静止．

文献[1]作者认为“从静止开始”和“从速度为零开始”不是一回事，其实就是否认瞬时静止的存在．瞬时静止到底存不存在呢？不妨用反证法做如下证明：假如瞬时静止不存在，由前面“v=0是静止的充要条件”可得瞬时速度为零就不存在，又因匀变速直线运动的三个基本公式本身就包含有瞬时速度为零的情况，进一步得出匀变速直线运动的三个基本公式就不存在，那么，我们所学的运动学规律就不存在，从而得出一个如此荒谬的结论，所以，瞬时静止是存在的．

文献[1]作者否认瞬时静止的存在，在于绝对化了静止．唯物辩证法关于运动和静止的基本观点认为，运动是绝对的、永恒的，静止是相对的、暂时的．“自由落体运动”概念中的静止是非平衡的、瞬时的静止，质点下一个时刻就运动起来，是整个自由落体运动过程中，当t=0时v=0的特殊组成部分．从哲学的角度来理解，就很容易理解瞬时静止，“形而上学的错误就在于把相对静止夸大成为绝对的东西．”[4]．如果我们一见到静止就片面地理解为持续的静止状态，否定瞬时静止的存在；如果我们一提到静止就把运动和静止毫无关系地对立起来，水火不容，否定运动中有静止，静止是特殊的运动形式等；如果我们一遇到物理概念就把它作为定义，否定概念也要符合循序渐进．

3 辩证理解自由落体概念中的静止

物理教科书在讲述运动和力的关系时指出，“从牛顿第二定律知道，当物体合外力为零时，加速度为零，物体将保持静止或者做匀速直线运动．”[5]这里的“物体保持静止”是指持续静止v=0，且a=0的情况，而非物体瞬时静止v=0，a≠0的情况．可见，平衡(合外力为零)并非静止(v=0)的充分条件也非必要条件，在静止情况中只有保持(持续)静止才能推导出物体处于平衡状态，而静止情况除持续静止外还有瞬时静止，瞬时静止的物体是不平衡的，那么只有保持静止才能推导出物体处于平衡状态，由静止不能推导出物体处于平衡状态．因此，建立在错误的“平衡是静止的充要条件”的理解基础上的一切推理都是错误的．从线条图1中可以清楚知道它们的关系.

图1 物体所处状态的线条图

再看教材在“自由落体运动”一节中的论述过程，教科书首先给出“自由落体运动”的初步概念，“物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动”之后进一步解释道：“自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动．”[5]这里就补充说明了概念中的“静止”是指初速度为零而且是瞬时初速度为零，很明确这里的静止是非平衡状态下的瞬时静止，不是平衡状态下的持续静止．教科书再进一步给出重力加速度及其取值之后，指出自由落体运动规律表达式为，“只要把这些公式(匀变速直线运动的基本公式)中的v0取作零，并且用g来代替加速度a就行了．”[5]在同一节教材中对“自由落体运动”概念进行了两次加深完善，循序渐进不仅使学习者容易接受，而且还可以激发学习者深入探索的求知欲望，丝毫不会对“从静止开始”这几个字产生歧义，即使学习者在最初的概念中产生了歧义，也会在逐步补充完善中得以消除．可见，把初步的自由落体运动的“概念”当成最终的“定义”来处理，本身就是错误的．

参考文献

1 董友军.浅谈自由落体运动的定义.物理教师，2010(1):14

2 李小融.教育心理学新编.成都：四川教育出版社，2005.175

3 国家教委.全日制中学物理教学大纲(修订本).北京：人民教育出版社，1990.5

4 李达.唯物辩证法大纲.北京：人民出版社，1978.65

5 人教社物理室.全日制普通高级中学教科书(必修)物理第一册.北京：人民教育出版社，2006.19，35～36，65