淺析物理量表述中的嚴(yán)密性

常建軍

摘 要：物理學(xué)中的術(shù)語(yǔ)具有很強(qiáng)的嚴(yán)密性，然而在有些物理教材或資料中，對(duì)物理術(shù)語(yǔ)的表述然存在著不嚴(yán)密性，例如在高中物理教材中，描述物體做圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，如何物體在相當(dāng)時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)都相等，則稱為“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”，事實(shí)上，這種說(shuō)法是不嚴(yán)密的，應(yīng)當(dāng)改為“勻速率圓周運(yùn)動(dòng)”，諸如此類的例子，不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在教材中，應(yīng)當(dāng)加以修改。

關(guān)鍵詞：淺析;物理量;嚴(yán)密性

在有些物理課本中，有些物理量或物理過(guò)程的提法不夠準(zhǔn)確，但依然沿用，以致學(xué)生很難理解，這也是造成物理教學(xué)極大困難的原因之一，更重要的是違背了物理學(xué)的嚴(yán)密性，我們要嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，就必然要遵循學(xué)科嚴(yán)密的邏輯關(guān)系，下面以功和“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”為例進(jìn)行剖析：

1.功的概念

功的概念從初中階段到高中階段，盡管表述上有些差異，但核心是一致的，到目前為止，我們一直在沿用，事實(shí)上，這種表述存在著一定的局限性，是不準(zhǔn)確的，下面我們對(duì)功的概念做以簡(jiǎn)單的剖析：

在初中課本中對(duì)功的描述是：力與物體在力的方向上產(chǎn)生的距離的乘積叫做力對(duì)物體所做的功。在高中物理課本中對(duì)功的描述是：力與物體在力的方向上發(fā)生的位移的乘積叫做力對(duì)物體所做的功。從以上兩種描述中，我們不難看出，所謂力對(duì)物體做的功，涉及兩個(gè)物理量，即：一是物體所受到的力，二是物體在與力相關(guān)的位置的改變量，而位置的改變量在不同階段的學(xué)習(xí)中有不同的表述，初中階段稱為距離，高中階段則稱為位移，距離與位移的表述不難理解，距離指兩點(diǎn)間線段的長(zhǎng)度，在物理量中屬于標(biāo)量，而位移一方面指一條線段的長(zhǎng)度，另一方面還包含該條線段的方向，在物理量中屬于矢量，標(biāo)量是只有大小沒(méi)有方向的物理量，矢量是既有大小又有方向的物理量，因此，描述功的概念時(shí)所涉及的距離和位移兩個(gè)量的實(shí)質(zhì)都是位移，只是因?yàn)槌踔须A段沒(méi)有引入標(biāo)量與矢量的區(qū)別，當(dāng)然初中階段也就沒(méi)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，由功的概念還可以知道，所謂：“力的方向上的位移”指的就是沿著力的方向上的位移，即力的方向與位移的方向應(yīng)當(dāng)相同，由于功的概念中將位移的方向定義在力的方向上，也就是只有當(dāng)位移的方向與力的方向相同時(shí)，兩者的乘積才能叫做功。然而，我們知道，功雖然是標(biāo)量，但有正功和負(fù)功的區(qū)別，所謂正功是指力與位移同向時(shí)的功，負(fù)功是指力與位移反向時(shí)的功。因此，功的概念中實(shí)際上僅指正功的情況，而排除了負(fù)功的情況，顯然，這是不完整的，為了更加準(zhǔn)確的描述功，應(yīng)將功的概念表述為：力與物體在力的作用線上發(fā)生的位移（距離）的乘積。力是矢量，力的方向在力的圖示中用箭頭表示，而力的作用線是指力所在的一條直線，直線是幾何圖形，是沒(méi)有方向性的，那么，沿某一直線運(yùn)動(dòng)的物體，其方向就有兩種可能性，這樣，如果位移與力同向則做正功，位移與力反向則做負(fù)功。通過(guò)分析，這種表述是合理的，是準(zhǔn)確的。

2.“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”

高中物理課本中，我們學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，其中講到最簡(jiǎn)單的一種圓周運(yùn)動(dòng)，這種圓周運(yùn)動(dòng)就叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。從物理學(xué)的角度來(lái)看，這種提法也是存在不準(zhǔn)確性。曾有人說(shuō)：這是沿用了習(xí)慣性的表述，所以，對(duì)其加以雙引號(hào)。然而，物理學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖匀豢茖W(xué)，那么相關(guān)的物理量也應(yīng)當(dāng)遵循嚴(yán)密的邏輯關(guān)系。下面我們分析“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的定義：

勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是物體沿著圓周運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)軌跡為圓，在相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)都相等的運(yùn)動(dòng)。速度是矢量，既有大小又有方向，速度的大小叫做速率。所謂勻速，就是運(yùn)動(dòng)物體的速度是均勻的，即大小不變方向不變。矢量的改變有三種情況：1）大小改變而方向不變，該矢量改變;2）大小不變而方向改變，該矢量改變;3）大小和方向同時(shí)改變，該矢量改變。但“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”描述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是運(yùn)動(dòng)物體的速度大小不發(fā)生改變，而物體是沿著圓周運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)然，其運(yùn)動(dòng)方向是時(shí)刻改變的。因此，“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的提法是不夠準(zhǔn)確的，為了能夠更準(zhǔn)確的描述這種運(yùn)動(dòng)過(guò)程，我們對(duì)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的提法進(jìn)行修改。前面我們已經(jīng)提到，“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”所描述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，速度這一矢量是改變的，而且屬于第二種改變方式，即速度的大小不變，而方向改變，在這種變速過(guò)程中，其速率不發(fā)生改變，屬于勻速率運(yùn)動(dòng)，所以，我們將“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”改為“勻速率圓周運(yùn)動(dòng)”即可。雖然，這兩種提法上只差一個(gè)字，但其含義卻發(fā)生了很大的變化，“勻速率圓周運(yùn)動(dòng)”才能更準(zhǔn)確的描述這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

通過(guò)以上分析，不難看出，在物理量或物理過(guò)程的表述中，如果不進(jìn)行深入而仔細(xì)的辨析，或許，我們很難看出物理課本中所存在的問(wèn)題，也許，我們是沿用了習(xí)慣的表述方式，但作為一門學(xué)科，我們不能吹毛求疵，更重要的是要一絲不茍，只有這樣，才能讓學(xué)生有更深刻更準(zhǔn)確的理解，不至于造成學(xué)生在理解上的模糊或錯(cuò)誤。

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