物理教学中几个常见问题的讨论*①

物理教学中几个常见问题的讨论*①

李娜娜岑天庆

(中山市华侨中学 广东 中山 528400)

①*广东省教育学会物理教学专业委员会“十二五”规划课题“物理问题的发现鉴别和创新解决研究”,课题编号:WLJXYJ2011-60

摘 要：本文对高中物理教学中，物理图像的临界点问题、力和加速度的时间因果关系、摩擦力中有关相对运动的表述等常见问题进行探讨.

关键词：物理教学常见问题讨论

收稿日期：(2015-04-22)

在高中物理教学中，有些问题看起来很简单，在教学过程中往往被忽略，但在习题中出现时却会发现我们对概念、规律的分析和理解是不全面的，甚至是错误的.下面让我们来分析教学中常见的几个问题.

1物理图像的临界点问题

高中物理教学中,图像的临界点问题有些是可以讨论的，有些是不能讨论的.学生常常会问到这类问题，习题中有时也会出现这类不该出现的问题.

【例1】(2014年广东省普通高中学业水平考试物理试卷选择题第43题)图1是质点做直线运动的s-t图像．下列说法正确的是

A．质点在t1时刻位移最小

B．质点在t2时刻速度为零

C．质点先做加速运动再做减速运动

D．质点在0～t1和t1～t2时间内的运动方向相反

图1

题目所给的答案是D项.从图中可以看出，物体在0～t1时间内做正向匀速直线运动，在t1～t2时间内做反向匀速直线运动，t2时刻回到原点.t2时刻以后物体不再运动，速度为零，图像中t1时刻和t2时刻是临界点问题.只能讨论t1时刻和t2时刻的位移，不能讨论t1时刻和t2时刻的速度.选项B“质点在t2时刻速度为零”，t2时刻的速度是一个不应该讨论的问题.

那么，t2时刻的速度是多大呢？由相关数学知识知道，在t1时刻和t2时刻函数连续但不可导，也就是说在t1时刻和t2时刻的函数值(位移)是确定的、有意义的.但因为在t1时刻和t2时刻函数在两边的导数不相等，所以在t1时刻和t2时刻函数的导数(速度)是不确定的，没有意义的.

同样，如图2所示的v-t图像，0～t1时间内物体做匀加速直线运动，t1～t2时间内做匀减速直线运动.图像中t1时刻和t2时刻是临界点问题，只能讨论t1时刻和t2时刻的速度，不能讨论t1时刻和t2时刻的加速度.在t1时刻和t2时刻的函数值(速度)是确定的，有意义的.但因为在t1时刻和t2时刻函数在两边的导数不相等，所以在t1时刻和t2时刻函数的导数(加速度)是不确定的，没有意义的.

图2 图3

但在如图3所示的v-t图像中，0～t1时间内物体做加速度逐渐减小的加速运动，t1～t2时间内做加速度逐渐增加的减速运动.在t1时刻图像是平滑的，函数在t1时刻连续且可导，在t1时刻函数值(速度)及导数(加速度)均有确定值，t1时刻函数导数(加速度)为零.

类似这样的临界点问题，在我们所学的v-t图像、s-t图像、B-t图像、φ-t图像中都会出现，在教学中，我们应该告诉学生为什么不对该点作分析，在命题中应该避免这样无意义的选项的出现.

2力和加速度是同时变化的吗？

【例2】(高中物理·必修1教师教学用书[1]的第219页)根据牛顿第二定律，判断下列说法正确的是

A．加速度和合力的关系是瞬间对应关系，即a与F同时产生、同时变化、同时消失

B．加速度的方向总是与合外力的方向相同

C．同一物体的运动速度越大，受到的合外力越大

D．物体的质量与它所受的合外力成正比，与它的加速度成反比

答案给的正确选项是A，B.对于A项的解释是力与加速度有因果关系而无先后关系，具有同时性.但是，力和加速度真的具有同时性吗？

牛顿运动定律是高中物理教学中最重要的内容，在教学中都会对该定律做重点讲述.牛顿运动定律同时揭示了深刻的因果关系内涵，对定律的正确理解与否关系到整个高中教学的成败.事物是普遍联系的，两个事件之间联系的因果关系有3种情况：(1)两个事件之间无因果关系，这样的两个事件之间的时间先后无必然性.(2)两个事件之间有因果关系，这样的两个事件之间的时间先后有必然性.原因一定在前，结果一定在后.(3)两个事件之间互为因果关系，这样的两个事件之间有因果关系，无时间先后，两个事件之间有同时性.

牛顿第二定律中的作用力与加速度，就是典型有因果关系，作用力是原因，加速度是结果，时间先后有必然性，作用力一定在先，加速度一定在后，二者的时间顺序不能颠倒，也不具有同时性.严格来说，应该是有力作用在物体上，物体立刻获得加速度.只是因为这一先后之间的时间间隔极其之短，往往会忽略这一时间，力与加速度既有因果关系，也有时间先后关系，力与加速度之间是瞬时性.

牛顿第三定律中的作用力与反作用力，就是典型的互为因果关系.作用力与反作用力是互为因果的关系,它们之间有因果关系，无时间先后.作用力与反作用力之间有同时性,同时产生、同时变化、同时消失.

文献[1]显然混淆了同时性与瞬时性，因果关系与互为因果关系的区别.造成了师生的误读，建议作相关修改.

3摩擦力中相对运动的理解

在摩擦力的教学中，产生摩擦力的条件有：(1)有弹力；(2)接触面粗糙；(3)有相对运动(趋势).摩擦力的方向总是与物体相对运动(趋势)的方向相反.在教学中不断跟学生强调不能说成与运动(趋势)的方向相反，千万不能少了“相对”二字，那么这里的相对运动指的是什么呢？

图4

运动是相对的，选不同的参考系，物体是否运动,如何运动，结论可能完全不同.可以说任何运动都是相对的,任何运动都是相对运动.但在研究摩擦力的时候，相对运动主要是指对参考系的特定选择.我们赋予了“相对运动”特殊的含义：由于摩擦力产生在相互接触的物体之间，“相对运动”特指相互接触的产生摩擦力的物体互为参考系，一个物体相对于另一个与它接触的产生摩擦力物体的运动，就是这里所指的相对运动.而我们平时所说的物体的运动，在地面上运动的物体，往往选择的参考系是地面.地面成了我们选择参考系的标准.以物体在传送带上的运动为例,如图4所示，将物体静止放在传送带上，物体对于地面和传送带的运动都是相对运动.相对于传送带向左运动，相对于地面向右运动，但在研究摩擦力的时候，“相对运动”特指物体相对于传送带的运动，只能选传送带为参考系.因为摩擦力产生在物体与传送带之间.物体相对于传送带向左运动，受到的摩擦力向右.而物体相对于地面的运动不能理解为“相对运动”.

所以在分析摩擦力的相关问题时，只有选择相互接触的产生摩擦力的物体互为参考系，才能对物体的相对运动方向做正确的判断，才能正确分析相关问题.

参 考 文 献

1广东基础教育课程资源研究出版中心物理教材编写组.物理教师教学用书 必修1.广州：广东教育出版社,2013.7