关于力和运动的两点思考

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  摘 要:滑动摩擦力是高一物理力学中的最后一种性质力,而且是难度最大、涉及问题最多的一种性质力。关于它的学习和理解,直接影响到随之而来的物理学习。平均速度与平均速率是高中物理运动学中比较容易混淆的两个概念,稍不留神就会张冠李戴。避免错误之诀窍只有一个:谨记两个定义。
  关键词:滑动摩擦力;正压力;平均速度;平均速率
  力学是高一物理学习中除运动学之外的另一部分最基础性的内容,这两部分可以说你中有我,我中有你,你离不开我,我也离不开你,甚至可以共同出现在高中物理教材中的任何一个章节里。随处可见这一说法绝不夸张。而我们又都知道,在学习力学的过程中,三大性质力的最后一种、难度最大、最易出错的就是摩擦力。摩擦力之所以被冠以如此多的对于学生而言不想听到的头衔,最主要的无外乎两个原因:一是产生条件多,二是存在两种不同情形。其中滑动摩擦力是定量计算最多、问题最多、考察最多、涉及面最多的一种摩擦力。
  人教版教材,从我一开始参与高中物理教学以来一直沿用如下说法:滑动摩擦力的大小跟正压力成正比。有何不妥?我们在高一阶段学习三种性质力的目的有二:一是认识并理解三种性质力,二是学会受力分析。受力分析是解决力学问题必须掌握的最基本技能。教材中提到“滑动摩擦力的大小跟正压力成正比”,在我们研究一个物体所受滑动摩擦力的时候,把谁作为研究对象也就是谁是受力物体呢?显然就是我们刚才说的那个物体。教材中上面说法的后面一部分又说到“与正压力成正比”,教材中提到正压力,也就是说,我们刚才要研究的那个物体对跟它接触的另一个物体所产生的压力。读者朋友有没有看出端倪?教材中的此种说法,无形之中把受力物体与施力物体混淆在了一起。在我们解决所有的力学问题中,首要任务就是要确立研究对象,也就是说是谁受到的力。所以,按照人教版的说法,就是在我们需要研究一个物体所受滑动摩擦力的大小的时候,即我们想知道受力物体受到的力为多少的时候,还要看它同时又作为施力物体对跟它接触的原来作为施力物体现在被迫又作为受力物体的另一物体的力有多大!显然,人教版的这种说法有混淆研究对象的嫌疑。不可否认,力的作用是相互的,施力物体同时也为受力物体。但我们在研究受力物体所受力的作用时,不可以同时又把它作为施力物体对待,这样会使得我们的研究对象混乱不清。这就好比高一新生,你若让他画出放在斜面上的物体所有支持力的时候,他总是不经意地把对斜面的压力也画上去,他还总是振振有辞地说“力的作用是相互的,难道它同时对斜面没有压力吗!”问的是物体受到的力而没问物体给斜面的力,却答非所问。我总认为,作为人教版不应该有如此表述。至于何种说法最合适,我在这里斗胆提出一种,仅供参考。既然力的作用是相互的,接触面之间在有压力的同时还同样存在着支持力,当不太好表述时,不如笼统地说“滑动摩擦力跟接触面间的弹力成正比”。这就好比,对面来了一个人,分辨不清是男人還是女人的时候,你只要笼统地说来的是一个人,就绝对不会错。
  下面是关于运动里一个问题的浅显认识:运动学在高中物理学科中起到举足轻重的作用,可以说它与力学共同支起了物理学大厦。也更可以这样说,任何章节、任何内容只要想与运动学或者力学知识联系起来设计任何综合性复杂的问题,那简直是轻而易举。于是乎,近几年我们一直使用的2004年版人民教育出版社所出版的高一物理教材,就把运动学安放在了第一章如此醒目的位置。对于运动学本身的重要性,由此可见一斑。
  在运动学里,就是学习和掌握时间、位移、速度、加速度四个物理量,以及它们相互之间错综复杂的关系,即物理规律。其中描述运动快慢的物理量——速度,有瞬时速度、平均速度、瞬时速率、平均速率之分,此四个物理概念中最易混淆的是平均速度与平均速率。学生混淆的原因,是由于概念记忆不清。在物理学中我们规定,位移除以时间就叫平均速度,而路程除以时间则为平均速率。学生混淆,初学者在所难免,然而教材却出现了一个让我非常困惑不解的问题。2004年版人民教育出版社高一物理教材第十九页中的第四题里,题目画出了一张从北京西站到深圳来往行驶的两辆客车行程时刻表。这个表格里所标示的两站之间的距离就是指路程,也就是说通过题目所给条件根本无法求得两站之间的位移为多少,所以用位移除以时间求平均速度这一概念根本无法进行求解。然而问题恰恰出现在这里,原题中的一二两个问题本身就有问题,原题中怎么可能在不知道位移的前提条件下根据平均速度的定义对它进行求解呢?所以,我讲解这个问题时,遵循一个原则,也就是当你碰到问题的时候不要盲目去处理,更不要盲目死搬硬套。首先考虑到你所碰到的问题本身有没有问题,在问题本身就是一个错误的前提下,你再去费尽心机去解决一个错误前提下的问题,最终一定会又多了一个错误。我暗示学生,帮我寻找一下这个问题中的问题。果不其然,很多同学完全受到该题目所给出的既定思路的影响,直接引用表格中实际为路程的数据错当成位移来计算题目所给出的求出平均速度的错误问题。真是错上加错。
  这个问题一直困扰了我好久,冥思苦想,总算找到了一个良苦用心的借口与充分的理由。那就是:一个问题,往往是错误的情形之下给人的印象更加深刻。因为自己学识有限,只能作出此论断,如有不当之处,敬请读者批评指正。最后,我还是要重申一遍,对于物理概念的理解,首要前提还是记忆。只要记准、记住,就不会有错误。当然,不同的概念有着不同的记忆方式,绝不能一概而论。希望莘莘学子能够在平常练习所犯的错误里吸取教训,以便在以后可以说几乎决定自己前途命运的最重要的考试——高考中尽量少犯错甚至不犯错,为自己的高中生涯画上一个尽量少有遗憾的句号。十年寒窗,辛苦岂能白费?谁出现的错误少,失误少,谁就是最后的胜利者、佼佼者。
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