教材中的一個錯誤圖像及其引發的幾點思考

劉朝明

（廣東省佛山市順德杏壇中學，廣東 佛山 528325）

圖1

筆者查閱了粵、魯、滬和人教版高中物理必修1教材，除人教版外，其余3個版本的教材中均有以下這個位移—時間圖像（圖1）.類似圖像也常在各類練習冊和教學參考書中出現.這是個錯誤的位移—時間圖像，有必要予以糾正，以免誤導師生.

1 圖像1的錯誤

圖像1與實際物體運動情況明顯不符，是編者杜撰的錯誤圖像.該圖像所對應的運動常被解釋為：物體先沿正方向做勻速直線運動一段時間，然后靜止一段時間，再沿與正方向相反方向做勻速直線運動一段時間.一個做勻速直線運動的物體怎么可能不經歷任何時間而瞬間靜止了呢？這么顯淺的問題為什么教材的編者卻沒注意到呢？或許，教材的篇者和很多教師會這樣解釋（很多教師被迫這樣解釋！）：物體從勻速運動到靜止時間很短，可以被忽略.具有諷刺意味的是，筆者在用電腦輸入“忽略”這個詞的同時也出現了“忽悠”這個詞.不能說我們有意忽悠學生，但至少我們這樣的“忽略”是在誤導學生.導致學生在以后的學習中強化了這一個錯誤認識：物體的運動速度可以突變.

2 對運動圖像問題教學安排的建議

建議把原圖像改為圖2，即在原來圖像的基礎上分別增加AB段和CD段變速過程的曲線段.這樣圖像就與物體的實際運動符合了.

在直線運動的教學時我們要讓學生知道，勻速直線運動和靜止只是最簡單的兩種特殊形式，除此之外還有更復雜更普遍的運動形式.做勻速直線運動的物體要停止運動必須經歷過變速運動階段，速度逐漸變小.反之，也要經歷變速運動，速度逐漸變大.

在這里，也有個怎么處理變速直線運動的位移—時間圖像的問題.回避問題不如正視問題.在開始進行運動圖像教學時，我們從最簡單的勻速直線運動開始，只需先了解OA、BC、DE段的運動.對AB、CD兩段曲線的運動含義可以告訴學生，這是更復雜的變速運動，留待我們學過更多的知識后去解決.這樣處理教材，既保證了圖像教學的科學性，符合教學循序漸進的原則，也為后面變速運動的圖像學習埋下伏筆.

圖2

3 哪些運動學量可以突變？幾個運動學量之間有什么關系？

圖3

與圖1有相同形狀的速度—時間圖像（圖3）卻是正確的.這是因為物體的加速度是可以突變的.

在學習完直線運動規律后，我們有必要引導學生尋找描述物體運動的幾個物理量間有內在聯系，讓學生對位置、位移、速度、加速度概念及其相互聯系有更本質的認識.即認識到，位移是描述位置變化的物理量，速度是描述位置變化快慢的物理量，位移的變化率即是速度.加速度是描述速度變化快慢的物理量，速度的變化率即是加速度.

在描述運動的幾個物理量位移、速度、加速度中，位移、速度不能突變，即位移和速度的變化要經歷時間（那怕是極短的時間）.而加速度可以發生突變，即加速度的變化可以不經歷時間而瞬間發生.

對物理量的學習深入是階段性的，在學習了牛頓運動定律后，我們可以根據牛頓第二定律分析加速度的突變性.當物體的受力突變時，物體的加速度同時發生突變.在圖3中的A點對應的時刻就是原來受恒力作用做勻加速運動的物體，合外力突變為零，加速度突變為零，立即以撤力前的瞬時速度做勻速直線運動.

4 在物理問題中一個物理量能被忽略不計的前提是什么？

在研究物理問題中一個物理量能被忽略不計的前提是什么？這是物理教學中很常見的問題，也是讓學生十分困惑的問題.一般來說，一個物理量能被忽略的前提是：在研究一個物理問題時，某物理量在與同類物理量比較該物理量遠小于其他量.而很多情況下我們教師又沒能幫助學生弄清這個問題，有時對一些問題的處理不妥反而讓學生更加糊涂.例如，在位移—時間圖像圖1中，物體由運動到靜止的時間就不能忽略.因為在常見的機械運動中，物體的變速過程經歷時間并不遠小于我們所研究的運動時間.又例如，一個電子在電磁場中運動，它受到的重力遠小于電場力和磁場力，所以重力可忽略不計.但電子的質量卻不可忽略，因質量和力不是同類物理量，沒有可比性，不能因為電子的質量遠小于電場力而忽略電子的質量不計，因為我們研究的主體是電子.如果我們研究的主體是一個帶電液滴，那么，電子的質量遠小于液滴的質量，電子的質量才可以忽略不計.