人教版高中《物理》“机械运动”内容质疑

石磊

摘 要 在人教版高中物理教材必修2“机械运动”一章中，部分内容的表述存在不妥之处，本文在教材分析的基础上，对教材表述的不妥之处提出修改建议。

关键词 机械运动 教材分析 修改建议

一、教材分析

1.用类比法推测弹性势能

教材（第60页）这样表述：“在探究弹性势能表达式时，可以参考对重力势能的讨论，……重力势能与物体被举起的高度h有关，所以弹性势能很可能与弹簧被拉伸的长度l有关。”[1]显然，教材力图引导学生把弹性势能与重力势能进行类比，从重力势能与物体被举起的高度h有关，类比得出弹性势能可能与弹簧被拉伸的长度l有关。然而，教学中把弹性势能与重力势能进行类比是否恰当值得商榷。类比是人类认知方式之一，类比认知的关键在于学习者只有对已知事物和未知事物存在相似性有所认识，才能根据已知事物的属性特征，类比得出未知事物可能具备的属性特征。事实上，弹性势能是学生首次接触的概念，并不了解弹性势能跟以前学过的重力势能是否存在相似，因此也就不可能按照教材的引导，把重力势能跟弹性势能进行类比，从而得出弹性势能可能与弹簧被拉伸的长度l有关。显然，教材引导学生用类比法推测弹性势能由哪些因素决定，会因学生缺乏双方相似性的认知而不能展开类比。

2.判断动能表达式的依据

教材（第72页）这样表述：“w=1/2mv22-1/2mv12从这个式子可以看出，1/2mv2很可能是一个具有特定意义的物理量，因为这个量在过程终了与过程开始的差，正好等于外力对物体所做的功，所以1/2mv2应该就是我们寻找的动能表达式 。”[1]这段关于动能表达式的判断比较模糊。原因在于教材所说的“因为这个量在过程终了与过程开始的差，正好等于外力对物体所做的功”只是阐述了功能关系，而“1/2mv2”究竟是什么能，还应该从表达式的物理量构成和单位来判断：其一，1/2mv2中包含了动能因子m和v；其二，当m单位取“kg”，v单位取“m/s”时，推得1/2mv2的单位是“J”，与能量单位相符。所以1/2mv2是动能表达式。总之，单纯从功能关系出发不可能作出确切的判断。

3.预设机械能守恒定律研究的前提

教材在研究机械能守恒定律时（第76页）这样表述：“动能与势能的相互转化是否存在某种定量关系？这里以动能与重力势能的相互转化为例，讨论这个问题。我们讨论物体只受重力的情况。”[1]教材显然把“我们讨论物体只受重力的情况”作为研究机械能守恒定律的前提。然而这是不妥的，原因在于这个前提的出现割断了与教材演示实验的联系。教材在研究机械能守恒定律一开始，就已经设置了细线悬挂的小球在竖直平面内摆动的演示实验。对实验进行分析可得到：（1）小球受重力、拉力以及空气阻力的作用。（2）只有重力与空气阻力对小球做了功，重力做功使小球的动能与重力势能发生转化，空气阻力做功使小球的机械能转化为内能。（3）据此可以提出这样的推断：只有重力做功时物体的机械能守恒。这个推断是否正确，无疑就是接下来要通过理论推导来论证解决的问题。然而教材却声明“我们讨论物体只受重力的情况”，这显得有些突兀，使得演示实验分析与推断论证的衔接失去连贯性。

二、修改建议

第一，采用实验方法探究影响弹性势能大小的因素。如图1所示，用小木块A压缩一端固定的弹簧，放手后因弹力做功小木块被推出一段距离，弹簧压缩量越大，小木块被推出的距离越大，利用功能关系分析可得弹簧压缩量越大，弹性势能就越大；改用劲度系数不同的弹簧再次进行实验，分析可得弹簧劲度系数越大，弹性势能就越大。此实验所用器材简单，操作便捷，可在较短时间内判断得出：影响弹性势能大小的因素是弹簧的形变量x和弹簧劲度系数k。

第二，判断1/2mv2是否就是动能，教材应增加相应的提示，如“可以从表达式的物理量构成和单位来判断”，以此引导学生进行思考并做出确切的判断，加深对动能表达式的理解。

第三，把教材中“我们讨论物体只受重力的情况”这句话，改为论证实验推断的表述。如：“通过演示实验分析我们得到这样的推断：在只有重力做功情况下，物体的机械能守恒。这个推断是否正确，可以从理论上进行论证。”如此表述使演示实验与推断论证保持了研究思路的连贯性，同时也提高了教材的可读性。

参考文献

[1] 普通高中课程标准实验教科书《物理》（必2）[M].北京：人民教育出版社，2010.

【责任编辑 郭振玲】