正确理解“静止” 避免应用错误

董友军

(汕头市实验学校,广东 汕头 515041)

正确理解“静止” 避免应用错误

董友军

(汕头市实验学校,广东 汕头 515041)

本文介绍人教版教材关于“静止”的不同表述,指出不同表述之间存在的矛盾,并对“静止”给出正确的理解,同时指出和更正人教版物理必修1中出现的错误．

静止;人教版;物理必修1

“静止”,是中学物理常用名词,在人教版物理必修1中多次用到．笔者在使用人教版物理必修1教学过程中,发现有3处的“静止”,存在应用错误．本文从“静止”的来源出发,探寻产生应用错误的根源,给出“静止”的正确理解,同时指出人教版物理必修1的3处错误并加以更正．或许笔者的理解还不到位,权当是抛砖引玉,激发大家参与讨论,促进物理教学健康发展．

1 “静止”溯源

笔者查阅了人教版初中和高中物理教材,没有给“静止”下一个明确的定义,但人教版物理教材关于“静止”的表述有3处．

第1处在人教版物理八年级上册第1章第2节:“人们判断物体的运动和静止,总要选取某一物体作为标准．如果一个物体的位置相对于这个标准发生了变化,就说它是运动的;如果没有变化,就说它是静止的．这个作为标准的物体叫参照物”．

第2处在人教版物理必修1第4章第1节:“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态,这就是牛顿第一定律”．

第3处在人教版物理必修1第4章第7节:“如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这个物体处于平衡状态．牛顿第二定律告诉我们,当物体所受合力为0时,加速度为0,物体将保持静止或匀速直线运动状态”．

2 “静止”分析

关于“静止”的3处表述,笔者有如下分析.

(1) 第1处静止的表述可以看出,静止是位置“没有变化”,说明与之对应的是某一段时间,描述的是一个过程,而不是一个状态．且在这个过程中,位移为0,从而得出速度为0;根据加速度的定义,还可以推出加速度为0．

(2) 第2处静止的表述可以看出,静止是一种“状态”, 即静止状态,而不是一个过程,与之对应的是某一时刻．对于一个状态而言,由于对应一个时刻,因此只可以得出速度为0,而不能推出加速度为0．

(3) 第3处静止的表述可以看出,静止是一种“平衡状态”,对应的是某一个时刻,此时刻速度为0．物体处于平衡状态,即受到合力为0,由牛顿第二定律可得加速度为0．

(4) 从以上分析可以发现,第1处静止的表述,说明静止是一个过程,而第2处和第3处静止的表述,说明静止是一个状态,过程与状态,相互矛盾,隐含逻辑冲突,从而造成很多中学物理教师对静止理解出现混乱．

(5) 假如认可“静止”是表示过程,则就对应一段时间,而在力学中所说的“状态”,又是对应一个时刻,则“静止状态”就是同时对应一段时间和一个时刻,显然“静止状态”不适合组成一个新的名词,因为名词内部就存在逻辑矛盾.若这样,“牛顿第一定律”也就存在表述不当,这影响就大了.

(6) 为了使认识顺畅,能否把“静止”分为“静止状态”和“静止过程”,并根据上下文含义,有时的静止理解为静止状态,有时的静止理解为静止过程．这样处理好像解决了一些逻辑问题,但会产生新的逻辑错误.因为静止时,物体的位置没有变化,而过程对应位置改变,没有位置变化,何来过程?没有过程,又为何有“静止过程”呢?显然,静止过程也会形成新的逻辑错误．

3 “静止”正解

通过以上分析,笔者认为,“静止”的正确理解如下.

(1) 在力学中,“静止”是一个状态,而不是一个过程．若要表述一段时间物体处于静止状态,不能说这一段时间物体处于静止过程,而只能说这一段时间物体保持静止状态．

(2) “静止”,即为“静止状态”,是一种平衡状态,其特征为瞬时速度为0和瞬时加速度为0．若只有瞬时速度为0而瞬时加速度不为0,不能称为静止状态．

4 “静止”应用

笔者任教高中物理18年,多次翻阅人教版物理必修1,发现3处“静止”应用错误,现对其进行分析并加以更正．

错误1.第1章第4节“问题与练习”第3题: 图1是甲、乙两个物体运动的v-t图像,至少从以下3个方面分别说明它们的速度是怎样变化的．

图1 说明v-t图像所代表的运动的特点

(1) 物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度?

(2) 速度的大小是否变化?是加速还是减速?

(3) 运动的方向是否变化?

分析:从图1乙可以看出,乙物体的初始时刻,瞬时速度为0,但瞬时加速度大于0,因此不满足静止的特征:瞬时速度为0和瞬时加速度也为0,故乙物体不是从静止开始运动．

更正:为了保持习题考查目的不变,此题第(1)问修改为:(1)物体的初速度是否为0?这样修改后,题目简洁准确,更加有利于达到考查目的,也避免学生对“静止”产生错误理解．

错误2.第2章第2节“问题与练习”第4题:物体由静止开始做加速度为1m/s2的匀加速直线运动,4s后加速度大小变为0.5m/s2,方向仍然与原来相同．请作出它在8s内的v-t图像．

分析:“物体由静止开始”,而“静止”就是指同一时刻,瞬时速度为0和瞬时加速度为0,而后面的运动是“加速度为1m/s2”,因此开始和中间过程加速度不同,所以不能称为匀加速直线运动,显然题目表述出现逻辑矛盾．

更正:为了保持习题考查目的不变,题目修改如下:把“物体由静止开始做加速度为1m/s2的匀加速直线运动”修改为“物体由初速度为0开始做加速度为1m/s2的匀加速直线运动”．这样表述,整个过程都是加速度为1m/s2的直线运动,这样才可以称为匀加速直线运动．通过这样修改,使习题逻辑顺畅而严谨．

错误3.第2章第5节: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．

分析:“物体只在重力作用下”,则物体受到的合力为mg,根据牛顿第二定律,可以得出物体的加速为g,g不等于0;“从静止开始下落”,静止是指同时满足瞬时速度为0和瞬时加速度为0．若满足只受重力,加速度就为g;若满足静止,加速度就为0,显然,自由落体运动的定义,表述本身出现逻辑矛盾．

更正:作为教材重要概念的定义,出现文字表述逻辑错误实属不该,为了克服这种前后矛盾,自由落体运动的定义修改如下:物体只在重力作用下从初速度为0开始下落的运动,叫做自由落体运动．

古人云:“善疑者,不疑人之所疑,而疑人之所不疑”．中学物理教师,不但要善于引导学生质疑,而且也要鼓励自己敢于向权威质疑．通过质疑,引发分析,通过分析,得以释疑,从而使自己的物理专业素养不断提升.

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.物理八年级上册[M].北京:人民教育出版社，2012:17.

本文系汕头市教育局“十三五”研究课题“高中物理高效课堂教学策略研究”(编号:2016GHBY021)的研究成果.

2016-10-07)