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      淺析物理量表述中的嚴(yán)密性

      2019-09-10 17:12:58常建軍
      高考·中 2019年10期
      關(guān)鍵詞:嚴(yán)密性物理量淺析

      常建軍

      摘 要:物理學(xué)中的術(shù)語(yǔ)具有很強(qiáng)的嚴(yán)密性,然而在有些物理教材或資料中,對(duì)物理術(shù)語(yǔ)的表述然存在著不嚴(yán)密性,例如在高中物理教材中,描述物體做圓運(yùn)動(dòng)時(shí),如何物體在相當(dāng)時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)都相等,則稱為“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”,事實(shí)上,這種說(shuō)法是不嚴(yán)密的,應(yīng)當(dāng)改為“勻速率圓周運(yùn)動(dòng)”,諸如此類的例子,不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在教材中,應(yīng)當(dāng)加以修改。

      關(guān)鍵詞:淺析;物理量;嚴(yán)密性

      在有些物理課本中,有些物理量或物理過(guò)程的提法不夠準(zhǔn)確,但依然沿用,以致學(xué)生很難理解,這也是造成物理教學(xué)極大困難的原因之一,更重要的是違背了物理學(xué)的嚴(yán)密性,我們要嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué),就必然要遵循學(xué)科嚴(yán)密的邏輯關(guān)系,下面以功和“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”為例進(jìn)行剖析:

      1.功的概念

      功的概念從初中階段到高中階段,盡管表述上有些差異,但核心是一致的,到目前為止,我們一直在沿用,事實(shí)上,這種表述存在著一定的局限性,是不準(zhǔn)確的,下面我們對(duì)功的概念做以簡(jiǎn)單的剖析:

      在初中課本中對(duì)功的描述是:力與物體在力的方向上產(chǎn)生的距離的乘積叫做力對(duì)物體所做的功。在高中物理課本中對(duì)功的描述是:力與物體在力的方向上發(fā)生的位移的乘積叫做力對(duì)物體所做的功。從以上兩種描述中,我們不難看出,所謂力對(duì)物體做的功,涉及兩個(gè)物理量,即:一是物體所受到的力,二是物體在與力相關(guān)的位置的改變量,而位置的改變量在不同階段的學(xué)習(xí)中有不同的表述,初中階段稱為距離,高中階段則稱為位移,距離與位移的表述不難理解,距離指兩點(diǎn)間線段的長(zhǎng)度,在物理量中屬于標(biāo)量,而位移一方面指一條線段的長(zhǎng)度,另一方面還包含該條線段的方向,在物理量中屬于矢量,標(biāo)量是只有大小沒(méi)有方向的物理量,矢量是既有大小又有方向的物理量,因此,描述功的概念時(shí)所涉及的距離和位移兩個(gè)量的實(shí)質(zhì)都是位移,只是因?yàn)槌踔须A段沒(méi)有引入標(biāo)量與矢量的區(qū)別,當(dāng)然初中階段也就沒(méi)有位移的概念。力和位移都是既有大小又有方向的物理量,那么,由功的概念還可以知道,所謂:“力的方向上的位移”指的就是沿著力的方向上的位移,即力的方向與位移的方向應(yīng)當(dāng)相同,由于功的概念中將位移的方向定義在力的方向上,也就是只有當(dāng)位移的方向與力的方向相同時(shí),兩者的乘積才能叫做功。然而,我們知道,功雖然是標(biāo)量,但有正功和負(fù)功的區(qū)別,所謂正功是指力與位移同向時(shí)的功,負(fù)功是指力與位移反向時(shí)的功。因此,功的概念中實(shí)際上僅指正功的情況,而排除了負(fù)功的情況,顯然,這是不完整的,為了更加準(zhǔn)確的描述功,應(yīng)將功的概念表述為:力與物體在力的作用線上發(fā)生的位移(距離)的乘積。力是矢量,力的方向在力的圖示中用箭頭表示,而力的作用線是指力所在的一條直線,直線是幾何圖形,是沒(méi)有方向性的,那么,沿某一直線運(yùn)動(dòng)的物體,其方向就有兩種可能性,這樣,如果位移與力同向則做正功,位移與力反向則做負(fù)功。通過(guò)分析,這種表述是合理的,是準(zhǔn)確的。

      2.“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”

      高中物理課本中,我們學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí),其中講到最簡(jiǎn)單的一種圓周運(yùn)動(dòng),這種圓周運(yùn)動(dòng)就叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。從物理學(xué)的角度來(lái)看,這種提法也是存在不準(zhǔn)確性。曾有人說(shuō):這是沿用了習(xí)慣性的表述,所以,對(duì)其加以雙引號(hào)。然而,物理學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖匀豢茖W(xué),那么相關(guān)的物理量也應(yīng)當(dāng)遵循嚴(yán)密的邏輯關(guān)系。下面我們分析“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的定義:

      勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是物體沿著圓周運(yùn)動(dòng),即運(yùn)動(dòng)軌跡為圓,在相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)都相等的運(yùn)動(dòng)。速度是矢量,既有大小又有方向,速度的大小叫做速率。所謂勻速,就是運(yùn)動(dòng)物體的速度是均勻的,即大小不變方向不變。矢量的改變有三種情況:1)大小改變而方向不變,該矢量改變;2)大小不變而方向改變,該矢量改變;3)大小和方向同時(shí)改變,該矢量改變。但“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”描述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是運(yùn)動(dòng)物體的速度大小不發(fā)生改變,而物體是沿著圓周運(yùn)動(dòng)的,當(dāng)然,其運(yùn)動(dòng)方向是時(shí)刻改變的。因此,“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的提法是不夠準(zhǔn)確的,為了能夠更準(zhǔn)確的描述這種運(yùn)動(dòng)過(guò)程,我們對(duì)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的提法進(jìn)行修改。前面我們已經(jīng)提到,“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”所描述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,速度這一矢量是改變的,而且屬于第二種改變方式,即速度的大小不變,而方向改變,在這種變速過(guò)程中,其速率不發(fā)生改變,屬于勻速率運(yùn)動(dòng),所以,我們將“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”改為“勻速率圓周運(yùn)動(dòng)”即可。雖然,這兩種提法上只差一個(gè)字,但其含義卻發(fā)生了很大的變化,“勻速率圓周運(yùn)動(dòng)”才能更準(zhǔn)確的描述這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

      通過(guò)以上分析,不難看出,在物理量或物理過(guò)程的表述中,如果不進(jìn)行深入而仔細(xì)的辨析,或許,我們很難看出物理課本中所存在的問(wèn)題,也許,我們是沿用了習(xí)慣的表述方式,但作為一門學(xué)科,我們不能吹毛求疵,更重要的是要一絲不茍,只有這樣,才能讓學(xué)生有更深刻更準(zhǔn)確的理解,不至于造成學(xué)生在理解上的模糊或錯(cuò)誤。

      參考文獻(xiàn)

      [1]張大昌;普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理2》人民教育出版社

      [2]彭前程《物理》八年級(jí)下冊(cè),人民教育出版社

      [3]邵長(zhǎng)泰;中職國(guó)家規(guī)劃教材《物理》(基礎(chǔ)版)上冊(cè)高等教育出版社

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