谈高中物理中运动的描述

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  运动的描述作为高中物理的开篇,有着承上启下的作用。运动怎样描述,如何描述,这是一个老话题,学生在以前的学习生活中早就有所接触,如《龟兔赛跑》问题、相遇问题等。到了高中,应该说物理的学习方法和思路发生了质的变化,由原来的感性教学、简单计算型教学转变为高中物理学习的理性教学、较复杂型计算教学。如何教好运动的描述,做好以下几点尤为重要:
  一、准确把握一个“匀”字
  匀速是高中物理中新出现的一个概念,一看见“匀”字就要让学生能联想起它是一种理想状态,是物理学的一个标准化理想模型,将一个事物抽象成我们便于理解便于解决,又不失其合理性的一种状态。宇宙中最理想的运动就是匀速直线运动。一个物体做匀速直线运动,我们就可以利用匀速直线运动公式,知道它的过去,现在和未来。如教材中利用匀速运动公式和哈勃定律就能估算出宇宙的年龄。匀速直线运动的深层次含义是这个运动是自始至终、无时不刻在做一种速度的大小恒定、方向不变的直线运动。
  匀变速直线运动是运动学的核心,是一种理想运动,是历年高考的重点、难点,也贯穿于整个高中物理学习的全过程。“匀变速”运动,匀中有变,变中有匀。匀的是加速度大小变化在任意相等时间内的等值性和方向的恒向性,变的是速度的大小在任意相等时间内的均恒增量性。加速度是描述物体速度变化快慢的一个物理量,方向与速度变化的方向相同。匀速直线运动的加速度为零,是一种特殊的匀加速直线运动。速度的变化有增有减,在数值上就有正,有负,也就有匀加速直线运动和匀减速直线运动两种。
  二、明确掌握三个“速度”
  描述物体运动快慢的物理量是速度。速度概念的引入在物理学发展史上有着深刻的变革意义。速度的大小是位移与通过这段位移所用时间的比值,方向与运动方向相同。路程是小学、初中时建立的一个数学概念,但高中物理强调的是位移,即矢量为物理教学的出发点,有方向和没有方向是两种不同的物理量。
  平均速度是用时间量化了某一段位移的一个物理量,是矢量。它是一个粗略的描述物体运动的物理量,是一段时间内平均量。在这段时间内物体可能运动,也可能静止。龟兔赛跑中(假设为直线运动)为什么乌龟能赢得比赛,就是乌龟的平均速度大于兔子的平均速度。平均速度是一个物理量,而速度的平均只是数字上的求平均值,是一个数学问题,二者是不同概念。只有在直线运动中,我们才说平均速度大的物体运动的快,非直线运动不能这样认为。
  瞬时速度指的是描述物体在某一时刻或某一位置时的速度,是矢量。它是物体运动时经过某一位置或在某一时刻这个特定瞬间、瞬时的速度。这个瞬时很短,是一个理想量,瞬时越小这个结果越精确。百米赛跑冲线是一瞬间,子弹飞出枪口是一瞬间,那一瞬间的速度才是瞬时速度。有教材中探究了用光电门测量瞬时速度,它用的物理学原理却是平均速度的概念,这个时刻在这个探究中就是一个伪时刻,是一个时间概念。
  三、熟练描画两个“图像”
  想直观的描述运动的情况,还可以用图像来解决问题。教材中有位移和速度两个图像内容。两种图像纵坐标不同,其图像代表的意义也不同。水平线, 倾斜线,过圆点的直线,与纵坐标的交点,与横坐标的交点,图像围成的面积,向上曲线,向下曲线其代表意义大有不同。在这个阶段,学生还没有学习斜率,我们就用倾斜程度来表明其与纵坐标的关系,与纵坐标夹角越大,倾斜程度就越大,反映在位移时间图像中就说明速度越大,反映在速度时间图像中就说明加速度越大。根据题意,画出运动图像对运动学的学习很重要。图像给我们提供了解决物理问题的另一种思路,不能等闲视之,要给学生讲深讲透。
  关于高中物理中描述运动的物理量比较多,运动形式主要是匀速直线运动、匀变速直线运动和其他运动形式。其学习这些概念还会学习到质点,矢量与标量,位移与路程、时间与时刻等概念,学好这些是对运动的描述的更好理解。学习运动的描述这一章,更体现在教师对这一章在高中物理学中的定位,虽没有涉及力与场,但它是运动学的基础。让学生深入理解描述运动的相关概念、相关公式、相关图像、相关方法,摒弃只识记概念,只会简单计算的想法,才能真正学好高中物理。
  作者单位 陕西省岐山县五丈原综合高级中学
  编辑 张晓楠
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