人教版高中《物理》“機械運動”內容質疑

石磊

摘 要 在人教版高中物理教材必修2“機械運動”一章中，部分內容的表述存在不妥之處，本文在教材分析的基礎上，對教材表述的不妥之處提出修改建議。

關鍵詞 機械運動 教材分析 修改建議

一、教材分析

1.用類比法推測彈性勢能

教材（第60頁）這樣表述：“在探究彈性勢能表達式時，可以參考對重力勢能的討論，……重力勢能與物體被舉起的高度h有關，所以彈性勢能很可能與彈簧被拉伸的長度l有關。”[1]顯然，教材力圖引導學生把彈性勢能與重力勢能進行類比，從重力勢能與物體被舉起的高度h有關，類比得出彈性勢能可能與彈簧被拉伸的長度l有關。然而，教學中把彈性勢能與重力勢能進行類比是否恰當值得商榷。類比是人類認知方式之一，類比認知的關鍵在于學習者只有對已知事物和未知事物存在相似性有所認識，才能根據已知事物的屬性特征，類比得出未知事物可能具備的屬性特征。事實上，彈性勢能是學生首次接觸的概念，并不了解彈性勢能跟以前學過的重力勢能是否存在相似，因此也就不可能按照教材的引導，把重力勢能跟彈性勢能進行類比，從而得出彈性勢能可能與彈簧被拉伸的長度l有關。顯然，教材引導學生用類比法推測彈性勢能由哪些因素決定，會因學生缺乏雙方相似性的認知而不能展開類比。

2.判斷動能表達式的依據

教材（第72頁）這樣表述：“w=1/2mv22-1/2mv12從這個式子可以看出，1/2mv2很可能是一個具有特定意義的物理量，因為這個量在過程終了與過程開始的差，正好等于外力對物體所做的功，所以1/2mv2應該就是我們尋找的動能表達式 。”[1]這段關于動能表達式的判斷比較模糊。原因在于教材所說的“因為這個量在過程終了與過程開始的差，正好等于外力對物體所做的功”只是闡述了功能關系，而“1/2mv2”究竟是什么能，還應該從表達式的物理量構成和單位來判斷：其一，1/2mv2中包含了動能因子m和v；其二，當m單位取“kg”，v單位取“m/s”時，推得1/2mv2的單位是“J”，與能量單位相符。所以1/2mv2是動能表達式。總之，單純從功能關系出發不可能作出確切的判斷。

3.預設機械能守恒定律研究的前提

教材在研究機械能守恒定律時（第76頁）這樣表述：“動能與勢能的相互轉化是否存在某種定量關系？這里以動能與重力勢能的相互轉化為例，討論這個問題。我們討論物體只受重力的情況。”[1]教材顯然把“我們討論物體只受重力的情況”作為研究機械能守恒定律的前提。然而這是不妥的，原因在于這個前提的出現割斷了與教材演示實驗的聯系。教材在研究機械能守恒定律一開始，就已經設置了細線懸掛的小球在豎直平面內擺動的演示實驗。對實驗進行分析可得到：（1）小球受重力、拉力以及空氣阻力的作用。（2）只有重力與空氣阻力對小球做了功，重力做功使小球的動能與重力勢能發生轉化，空氣阻力做功使小球的機械能轉化為內能。（3）據此可以提出這樣的推斷：只有重力做功時物體的機械能守恒。這個推斷是否正確，無疑就是接下來要通過理論推導來論證解決的問題。然而教材卻聲明“我們討論物體只受重力的情況”，這顯得有些突兀，使得演示實驗分析與推斷論證的銜接失去連貫性。

二、修改建議

第一，采用實驗方法探究影響彈性勢能大小的因素。如圖1所示，用小木塊A壓縮一端固定的彈簧，放手后因彈力做功小木塊被推出一段距離，彈簧壓縮量越大，小木塊被推出的距離越大，利用功能關系分析可得彈簧壓縮量越大，彈性勢能就越大；改用勁度系數不同的彈簧再次進行實驗，分析可得彈簧勁度系數越大，彈性勢能就越大。此實驗所用器材簡單，操作便捷，可在較短時間內判斷得出：影響彈性勢能大小的因素是彈簧的形變量x和彈簧勁度系數k。

第二，判斷1/2mv2是否就是動能，教材應增加相應的提示，如“可以從表達式的物理量構成和單位來判斷”，以此引導學生進行思考并做出確切的判斷，加深對動能表達式的理解。

第三，把教材中“我們討論物體只受重力的情況”這句話，改為論證實驗推斷的表述。如：“通過演示實驗分析我們得到這樣的推斷：在只有重力做功情況下，物體的機械能守恒。這個推斷是否正確，可以從理論上進行論證。”如此表述使演示實驗與推斷論證保持了研究思路的連貫性，同時也提高了教材的可讀性。

參考文獻

[1] 普通高中課程標準實驗教科書《物理》（必2）[M].北京：人民教育出版社，2010.

【責任編輯 郭振玲】