對人教版高中物理必修教材的商榷

畢++亮

摘 要

高中物理課程標準正在修訂中，“課標”修訂后，我國將使用新版高中物理教材。若再不指出人教版高中物理必修教材中存在的一些瑕疵，部分瑕疵可能會延續到新版教材中。為此，特別撰寫此文，以期為新教材的編寫提供一些建議。

簽于有的瑕疵歷史悠久，因此，在商榷具體問題之前，先簡要介紹一下人民教育出版社曾出版過的物理教材。據人教社教材建設史記載，在2004年之前，人教社一共出版過十套物理教材。第四套在文化大革命開始時夭折，第七套是義務教育課本，第九套只在少數重點高中試用[1]。在核對教材中的小瑕疵是否長期存在時，這三套教材將剔除在外。

一、加速度的數據須要修正

現行的必修1[2]第一章第5節，即“速度變化快慢的描述——加速度”這一節，在引入加速度概念時展示了一個思考與討論：“普通小型轎車和旅客列車，速度都能達到100km/h。但是，它們起步后達到這樣的速度所需的時間是不一樣的。例如一輛小汽車起步時在20s內速度達到了100km/h，而一列火車達到這個速度大約要用500s。誰的加速度比較快？它們的速度平均1s各增加多少？”通過計算可以求出，小汽車的加速度約為1.39m/s2，旅客列車（火車）的加速度約為0.06m/s2。

教材在這一節的課文中列出了一個表格，如表1所示所示：

由表1可知，汽車起步的加速度約為2m/s2，旅客列車起步的加速度約為0.35m/s2。對比課文中的前后兩種數據，可以發現小汽車的加速度1.39m/s2不能約等于2m/s2；旅客列車（火車）的加速度0.06m/s2遠遠小于0.35m/s2。

表1也曾出現在第八套教材[3]和第十套教材[4]中。只不過有細微差別，在第八套教材中，上表的“起步”一詞為“加速”，“約”一字為“可達”，“可達”這個詞我們可解讀為最大加速度。在第十套教材中，上表中的“起步”一詞依舊為“加速”，但是沒有“約”這個字或“可達”這個詞。

一位同行曾對汽車、無軌電車、旅客列車起步的加速度進行了實測，表1中的數據與他測出的數據出入非常大。據此，他認為表1中的數據是偽造的。這些數據到底是不是偽造的，我們不能輕易下結論。但是，從現行教材中，小汽車和旅客列車（火車）起步加速度的前后數據存在很大差異來看，上表中的數據擺脫不了偽造的嫌疑。此外，表1中的數據最早出自90年代的課本，20多年過去，像汽車、電車、列車等這樣的交通工具，性能沒有得到提升嗎？起步時的加速度依舊沒變嗎？還有，不同品牌（或者不同型號）的同一種交通工具，起步時加速度的大小難道也都沒有差異嗎？即便是同一廠家生產的同一型號的交通工具，在路面狀況、所載質量（或人數）、老化程度等等各種因素都不相同時，加速度的大小也沒有差別嗎？

可以說，表1中的數據只能讓學生對不同的運動物體速度改變快慢不同，以及哪種物體速度改變更快有一個直觀的感受。而數據的科學性、真實性、可靠性，是難以讓人信服的。物理是一門科學，編者應該求真務實。建議編者在編寫新教材時，咨詢一些行業專家或生產廠家，將課文內的“思考與討論”中和表格中的交通工具加上品牌名稱和型號，加速度的數據也作相應修訂，并且將表格中的“約”改為“可達”（畢竟各種機械、機器在使用過程中由于損耗等各種因素影響，實際性能要比出廠時的性能差）。

二、力的表達須要完善

現行的必修1在第三章第1節，即“重力基本相互作用”這一節，講到“力和力的圖示”時寫道：“力是矢量，它不但有大小，而且有方向。力的方向不同，它的作用效果不一樣。作用在運動物體上的力，如果方向與運動方向相同，將加快物體的運動；如果方向與運動方向相反，將阻礙物體的運動。可見要把一個力完全表達出來，除了力的大小外，還要指明力的方向。”

教材接著寫道：“可以用帶箭頭的線段表示力。線段是按一定比例畫出的，它的長度表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用點，線段所在的直線叫做力的作用線。這種表示力的方法，叫做力的圖示。有時只需畫出力的示意圖，即只需畫出力的作用點和方向，表示物體在這個方向上受到了力。”

上面劃波浪線這一句話是不全面的，甚至可以說是錯誤的。首先，一般的矢量，只有大小和方向，但是力矢量與一般的矢量不同，它還包含力的作用點——指明了力施加在物體的哪個部位。因此，要完全表達一個力，必須同時指明力的大小、方向、作用點，三個要素缺一不可。其次，即便把劃波浪線這句話當作是正確的，它也有邏輯缺陷。既然教材說指明力的大小和方向就可以完全表達一個力，為何在講解如何表達一個力時（用有向線段表示），又說要用箭頭或箭尾表示力的作用點呢？這在邏輯上造成前后矛盾。

劃波浪線的這句話，在第五套[5]、第六套[6]、第八套、第十套教科書中也曾出現，可謂歷史悠久。實際上，學生在初中已經知道力有三個要素，三個要素都會影響力的作用效果，并且也會畫力的示意圖，只是沒有學過力的圖示。建議教材編者在編寫新教材時，將含有波浪線的那一整段文字修改為：“力是矢量，它與其他的矢量不同，它不但有大小、方向、還有作用點。因此，要完全表達一個力，必須指明力的大小、方向、作用點。”這樣修改后，不僅變得非常嚴謹，而且與下一段文字銜接較好，且不存在邏輯沖突。

三、物理現象描述需要嚴謹

現行的必修1在第三章第1節還存在另一個錯誤。教材在講“重力”時提到：“自然界的各種物體之間存在著多種相互作用。例如，空中的物體落向地面，是因為地球與物體之間存在著相互吸引的作用。盡管地球不停地自轉，但海水不會灑向太空，也是因為地球與海水之間存在著相互吸引的作用。”

首先，劃了波浪線的這一句話明顯是錯誤的。教材在這一篇課文的后半部分明確介紹，自然界中只有四種相互作用：萬有引力、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。難不成相距一米遠的兩顆蘋果之間，除了微乎其微的萬有引力之外，還存在著電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用中的一種或兩種抑或三種？

其次，即便認為劃波浪線的這句話是正確的，波浪線與下劃線對應的這兩句話之間也存在邏輯謬誤。這里犯了跑題謬誤。前一部分說各種物體之間存在多種相互作用，后一部分舉出的兩個例子，談的都是同一種相互作用。后面的兩個例子作為前提，僅僅支持“自然界的各種物體之間都存在相互吸引的作用”這一結論，并不支持“自然界的各種物體之間存在著多種相互作用”這個被前置的結論。

建議教材編者在編寫新教材時將波浪線這句話改為：“自然界的各種物體之間存在著相互吸引的作用。”這樣，舉出的例子就不與結論矛盾，且后面接著講“由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力”也成為順理成章的事情。

四、插圖注釋要準確

現行的必修1第四章第2節，即“實驗：探究加速度與力、質量的關系”這一節。課文中的實驗參考案例一中的插圖存在一個錯誤。教材插圖如圖1和圖2所示：

圖1真的是側視圖嗎？在做出判斷之前，筆者先對三視圖（人教版《初中數學九年級下冊》就曾講過三視圖）做一個簡要介紹。三視圖是觀測者從上面、左面、正面三個不同角度觀察同一個物體（幾何體）而畫出的圖形。由物體的上面向下投影所得的視圖稱為俯視圖，由物體的前面向后投影所得的視圖稱為主視圖（也叫正視圖），由物體的左面向右投影所得的視圖稱為左視圖（也叫側視圖）。三視圖的投影規則是：主視圖與俯視圖長對正，主視圖與左視圖高平齊，俯視圖與左視圖寬相等（幾何體有長、寬、高）。

現在我們可以來判斷圖1到底是不是側試圖了。如果單獨給出圖1，我們可以叫主視圖，也可以叫側視圖——因為這種情況下，觀測者是從哪一個位置觀測，我們是無法知道的。好在有一個圖2，圖2是俯視圖，這是毫無爭議的。圖2與圖1的長度是相等的，跟據投影規則“長對正”，既然圖2是俯視圖，那圖1肯定是主視圖。顯然，教材把圖1稱為側視圖是錯誤的。

建議教材編者在編寫新教材時將圖1原圖中的“側視圖”改為“主視圖”，并在圖1中畫上黑板擦，同時在圖2中加入“俯視圖”字樣。

五、線速度是矢量須要明確

現行的必修2[7]第六章第1節，即“行星的運動”這一節。在課文快結束時，教材寫道：“行星的軌道十分接近圓，在中學階段的研究中我們按圓軌道處理。這樣就可以說……對于某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或）線速度不變，即行星做勻速圓周運動……”

上一段引用的文字中劃波浪線的文字“線速度不變”是錯誤的。這應該是編者的筆誤，因為這個錯誤太明顯了。教材早在第五章第4節“圓周運動”中明確講到：“線速度是矢量……如果物體沿著圓周運動，并且線速度的大小處處相等，這種運動叫做勻速圓周運動。應該注意的是，勻速圓周運動的線速度方向是在時刻變化的，因此它仍是一種變速運動，這里的‘勻速是指速率不變。”

建議教材編者在編寫新教材時將波浪線對應的文字“線速度”改為“線速度大小”。

六、重力勢能的描述須要更正

現行的必修2第七章第4節，即“重力勢能”這一節。教材課文的開篇提到：“這一節，我們定量地研究重力勢能，為此首先要確定重力勢能的表達式。正如前述，物體由于被舉高而具有重力勢能，它的質量越大、所處的位置越高，重力勢能就越大。”

上一段引用的文字中有2處錯誤，分別是劃波浪線的部分和下劃線的部分。第1個錯誤：“正如前述”，這說明教材在這一節課文之前，已經提到過“正如前述”四個字后面的這一句話。然而翻遍這一節課文之前的教材，找不到任何字段曾提過這一句話或相似表述。第2個錯誤：下劃線對應的這句話是錯誤的。這句話與初中老教材中重力勢能的定性定義相同[8]。早前曾有學者從邏輯上對初中教材中的“重力勢能”的定性定義提出質疑：什么叫被舉高？按通常的理解，放置于地面的物體沒有“被舉高”，難道放置于地面的物體沒有重力勢能嗎？初中教材的編者也認為初中教材的表述確實有問題，現行的初中教材已經將重力勢能的定性定義修改為：“物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能，叫做重力勢能。”[9]人教版高中必修教材的多個編者同時也是人教版初中教材的編者。他們對這個事情應該比我們大家都清楚。

建議教材編者在編寫新教材時將波浪線對應的文字改為“初中時我們已經知道”，將下劃線對應的文字改為“物體由于受到重力并處在一定高度而具有重力勢能”。

七、重力勢能表述應準確

現行的必修2第七章第4節還存在一個問題。教材在引入重力勢能的定量定義之前先講重力做的功。

設一個質量為m的物體，從高度是h1的A位置運動到高度為h2的B位置。第一次豎直向下運動，如圖3，重力做功WG=mgh=mgh1-mgh2；第二次沿斜線向下運動，如圖4，重力做功：WG=mgcos？茲·l=mgh1-mgh2；第三次沿任意路徑向下運動如圖5，將路徑分成許多小段，AA1，A1A2，A2A3，…，每小段都可看作斜線，設其對應的高度差為△h1，△h2，△h3，…，物體通過每段斜線重力做功分別為mg△h1，mg△h2，mg△h3…，物體通過整個路徑，重力做功：

WG=mg△h1+mg△h2+mg△h3+…

=mg（△h1+△h2+△h3+…）

=mgh

=mgh1-mgh2

分析表明，物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關，而跟物體運動的路徑無關，功的大小等于物重跟起點高度的乘積mgh1與物重跟終點高度的乘積mgh2兩者之差。

看起來，物體所受的重力mg與它所處的高度h的乘積mgh，是一個具有特殊意義的物理量……我們把物理量mgh叫做物體的重力勢能，用Ep表示，即Ep=mgh。此式表明，物體的重力勢能等于重力與所處高度的乘積。

仔細分析以上引用的編寫內容和插圖，可以發現存在3個錯誤。第1個錯誤：圖3和圖4中物體的重力示意圖沒有畫正確，因為重力作用點沒畫在重心上。第2個錯誤：下劃線的部分提到“重力做的功只跟它的起點和終點的位置有關”，查閱語文工具書可知，“只”在此處是僅僅、唯一的意思，表示限于某個情況或范圍。難道重力做的功只與h1和h2有關，而與物體的重力mg的大小無關嗎？第3個錯誤：波浪線這一段文字之前的編寫內容和相關插圖中的h是h1和h2的高度差，并不是小球所處的高度，然而波浪線對應的這段文字卻把h稱為高度——此處的錯誤不容小覷。

有意思的是，幾乎完全相同的編寫內容也曾呈現在前幾套教材中。第五套教材沒有出現第1但出現了第2、第3個錯誤。第六套教材只出現了第2個錯誤。第八套教材改變了以往的編寫思路，直接給出重力勢能的定義和公式，因此3個錯誤一個都沒犯。第十套教材不存在第3個錯誤（只用了圖4及相應的重力做功的表達式），但存在第1、第2個錯誤。

建議教材編者在編寫新教材時將圖3、圖4中物體的重力示意圖的作用點畫在重心上；將下劃線部分中的“只”字刪去；將圖3和圖4及相關表述中的高度差h改為△h，并將波浪線部分改為：“我們看到WG等于mgh這個量的變化，看來，mgh是一個具有特殊意義的物理量……”（此表述是第十套教材的表述）

人教版高中物理必修教材還有部分內容可以商榷。限于篇幅關系，只能就此打住。古語有言：“金無足赤，人無完人。”再完美的人也有失誤的時候。筆者指出的這些“小瑕疵”，只是一些小失誤。如果教材執筆人員在編寫教材時再細致一些，編輯人員和審讀人員更細心一些，這些小失誤是完全可以避免的。同時，每一位使用人教版教材的教師，都有義務對教材的編寫內容提出合理建議，如果各位同仁在發現教材存在失誤時，及時將自己的建議反饋給人民教育出版社，相信教材中的一些小失誤是可以及時糾正的。

物理是一門科學，科學應該是嚴謹的。物理教材作為傳遞科學知識的載體，不僅要向廣大師生傳遞正確的科學知識，還要傳遞嚴謹、求真的治學風氣。目前，高中物理課程標準正在修訂中，各版本物理教材所屬的出版社也在廣泛征求意見，編寫新的高中物理教科書。不久，我們大家就可以使用新版的高中物理教材。在此，期待人民教育出版社能編寫出一套更加完美、更受廣大師生喜愛的高中物理新教材。

參考文獻

[1] 課程教材研究所編.新中國中小學教材建設史（1949-2000）研究叢書·物理卷[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2] 普通高中課程標準實驗教科書物理1必修[M].第3版.北京：人民教育出版社，2010.

[3] 高級中學課本物理第一冊（必修）[M].第2版.北京：人民教育出版社，1996.

[4] 全日制普通高級中學課本（必修）物理第一冊[M].第2版.北京：人民教育出版社，2006.

[5] 全日制十年制學校高中課本（試用本）物理上冊[M].北京：人民教育出版社，1979.

[6] 高級中學課本（試用）物理（甲種本）第一冊[M].北京：人民教育出版社，1983.

[7] 普通高中課程標準實驗教科書物理2[M].第3版.北京：人民教育出版社，2010.

[8] 義務教育課程標準實驗教科書物理九年級[M].第3版.北京：人民教育出版社，2006.

[9] 義務教育教科書物理八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012.

【責任編輯 孫曉雯】