浅析物理量表述中的严密性

2019-09-10 17:12常建军
高考·中 2019年10期
关键词:严密性物理量浅析

常建军

摘 要:物理学中的术语具有很强的严密性,然而在有些物理教材或资料中,对物理术语的表述然存在着不严密性,例如在高中物理教材中,描述物体做圆运动时,如何物体在相当时间内转过的弧长都相等,则称为“匀速圆周运动”,事实上,这种说法是不严密的,应当改为“匀速率圆周运动”,诸如此类的例子,不应当出现在教材中,应当加以修改。

关键词:浅析;物理量;严密性

在有些物理课本中,有些物理量或物理过程的提法不够准确,但依然沿用,以致学生很难理解,这也是造成物理教学极大困难的原因之一,更重要的是违背了物理学的严密性,我们要严谨治学,就必然要遵循学科严密的逻辑关系,下面以功和“匀速圆周运动”为例进行剖析:

1.功的概念

功的概念从初中阶段到高中阶段,尽管表述上有些差异,但核心是一致的,到目前为止,我们一直在沿用,事实上,这种表述存在着一定的局限性,是不准确的,下面我们对功的概念做以简单的剖析:

在初中课本中对功的描述是:力与物体在力的方向上产生的距离的乘积叫做力对物体所做的功。在高中物理课本中对功的描述是:力与物体在力的方向上发生的位移的乘积叫做力对物体所做的功。从以上两种描述中,我们不难看出,所谓力对物体做的功,涉及两个物理量,即:一是物体所受到的力,二是物体在与力相关的位置的改变量,而位置的改变量在不同阶段的学习中有不同的表述,初中阶段称为距离,高中阶段则称为位移,距离与位移的表述不难理解,距离指两点间线段的长度,在物理量中属于标量,而位移一方面指一条线段的长度,另一方面还包含该条线段的方向,在物理量中属于矢量,标量是只有大小没有方向的物理量,矢量是既有大小又有方向的物理量,因此,描述功的概念时所涉及的距离和位移两个量的实质都是位移,只是因为初中阶段没有引入标量与矢量的区别,当然初中阶段也就没有位移的概念。力和位移都是既有大小又有方向的物理量,那么,由功的概念还可以知道,所谓:“力的方向上的位移”指的就是沿着力的方向上的位移,即力的方向与位移的方向应当相同,由于功的概念中将位移的方向定义在力的方向上,也就是只有当位移的方向与力的方向相同时,两者的乘积才能叫做功。然而,我们知道,功虽然是标量,但有正功和负功的区别,所谓正功是指力与位移同向时的功,负功是指力与位移反向时的功。因此,功的概念中实际上仅指正功的情况,而排除了负功的情况,显然,这是不完整的,为了更加准确的描述功,应将功的概念表述为:力与物体在力的作用线上发生的位移(距离)的乘积。力是矢量,力的方向在力的图示中用箭头表示,而力的作用线是指力所在的一条直线,直线是几何图形,是没有方向性的,那么,沿某一直线运动的物体,其方向就有两种可能性,这样,如果位移与力同向则做正功,位移与力反向则做负功。通过分析,这种表述是合理的,是准确的。

2.“匀速圆周运动”

高中物理课本中,我们学习了圆周运动的相关知识,其中讲到最简单的一种圆周运动,这种圆周运动就叫做匀速圆周运动。从物理学的角度来看,这种提法也是存在不准确性。曾有人说:这是沿用了习惯性的表述,所以,对其加以双引号。然而,物理学是一门严谨的自然科学,那么相关的物理量也应当遵循严密的逻辑关系。下面我们分析“匀速圆周运动”的定义:

匀速圆周运动的实质是物体沿着圆周运动,即运动轨迹为圆,在相等的时间内通过的弧长都相等的运动。速度是矢量,既有大小又有方向,速度的大小叫做速率。所谓匀速,就是运动物体的速度是均匀的,即大小不变方向不变。矢量的改变有三种情况:1)大小改变而方向不变,该矢量改变;2)大小不变而方向改变,该矢量改变;3)大小和方向同时改变,该矢量改变。但“匀速圆周运动”描述的运动过程是运动物体的速度大小不发生改变,而物体是沿着圆周运动的,当然,其运动方向是时刻改变的。因此,“匀速圆周运动”的提法是不够准确的,为了能够更准确的描述这种运动过程,我们对“匀速圆周运动”的提法进行修改。前面我们已经提到,“匀速圆周运动”所描述的运动过程中,速度这一矢量是改变的,而且属于第二种改变方式,即速度的大小不变,而方向改变,在这种变速过程中,其速率不发生改变,属于匀速率运动,所以,我们将“匀速圆周运动”改为“匀速率圆周运动”即可。虽然,这两种提法上只差一个字,但其含义却发生了很大的变化,“匀速率圆周运动”才能更准确的描述这一运动过程。

通过以上分析,不难看出,在物理量或物理过程的表述中,如果不进行深入而仔细的辨析,或许,我们很难看出物理课本中所存在的问题,也许,我们是沿用了习惯的表述方式,但作为一门学科,我们不能吹毛求疵,更重要的是要一丝不苟,只有这样,才能让学生有更深刻更准确的理解,不至于造成学生在理解上的模糊或错误。

参考文献

[1]张大昌;普通高中課程标准实验教科书《物理2》人民教育出版社

[2]彭前程《物理》八年级下册,人民教育出版社

[3]邵长泰;中职国家规划教材《物理》(基础版)上册高等教育出版社

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