辯證理解“自由落體運動”概念中的靜止

余俊文

(邛崍市平樂中學 四川 成都 611539)

在“淺談自由落體運動的定義”一文中[1]，作者認為教科書中“自由落體運動”的定義不正確，正確的定義應該表述為：“物體只在重力作用下，從速度為零開始下落的運動，叫做自由落體運動”[1]，作者核心觀點認為“從靜止開始”和“從速度為零開始”不是一回事，這值得商榷．對于“靜止”和“速度為零”是不是一回事，我們需要從三個層次辯證地理解．

1 辯證理解物理概念

《心理學》指出，概念就是“同類事物的共同關鍵特征”．由于概念自身層次不同，有一級概念，它代表事物的表象；還有二級概念，它有明確的定義，代表了概念間的關系[2]．物理概念也有一級概念強調物理過程的表象，由于學生的知識局限和認識能力局限，暫時只能對物理過程共同特征進行描述，這里稱之為：描述性概念，屬于還需要發展、完善的初級概念；物理概念還有二級概念，強調明確的、準確的定義，這里把它稱之為：定義性概念，屬于不再發展的終極概念．比如， 壓力就屬于定義性概念．其概念內涵一步到位，準確無任何歧義；再如溫度、動能等最初就屬于典型的描述性概念．其概念內涵只能逐步到位，一次比一次加深，循序漸進地從定性的初步描述逐步上升到定量的、準確的表述；還有些物理概念，比如電荷等至今都沒有定義，隨著科技的進步和人類研究的深入，會不斷地豐富這些概念的內涵，但現在只能是描述性而非定義性的概念．《全日制中學物理教學大綱(修訂本)》指出：“許多物理概念，如力、能等，在開始時只能做初步要求，在以后的教學中逐步加深．”[3]就說明了物理概念有多重層次，就需要對應地多重理解．很多情況下物理概念盡管存在定義，但學習者仍然需要從描述性開始學習，循序漸進不斷豐富和完善概念內涵，最后形成定義性概念．比如，學習物理學中的靜止就從生活中認識的“不動”開始的．對于教師必須清楚物理概念的目前最高層次，并且在物理概念教學中，必須把握好描述性在不同階段、不同教學對象中的度，否則一開始就端出概念的最高層次(定義)，會違背教學“循序漸進” 的基本原則，也違背了概念內涵的量變到質變的辯證關系．

2 辯證理解物理學的靜止

認識靜止概念是個層次不斷提升的過程．靜止最初沒有給出定義屬于描述性概念，由于靜止和運動是機械運動中的一對孿生兄弟，我們認識靜止是從認識運動開始的，高中物理教科書指出：“物體相對于其他物體的位置變化，叫機械運動，簡稱運動．”[3]即物體與參考系，有位置變化則物體運動；沒有位置變化則物體靜止．后來用位移來定量描述“位置變化”，于是就有物體有位移s≠0則物體運動；物體沒有位移s=0則物體靜止．再后來用速度即位移與時間的比值來描述運動與否和運動快慢，于是就有物體有速度，即v≠0則物體運動；物體沒有速度，即v=0則物體靜止．之后就最常用最高層次的概念，即速度為零與否來描述物體是運動還是靜止，并且“v=0”是“靜止”的充要條件．

速度v=0有兩種情況，對應的靜止也有兩種情況：第一種情況是速度持續為零，對應的靜止為持續靜止，物理教科書則用“保持靜止狀態”來描述；第二種情況是速度瞬間(某時刻)為零，對應的物體為瞬時靜止，物理教科書則用“從靜止開始”、在“某個時刻某個位置靜止”等來描述整個變速運動中的瞬時靜止．

文獻[1]作者認為“從靜止開始”和“從速度為零開始”不是一回事，其實就是否認瞬時靜止的存在．瞬時靜止到底存不存在呢？不妨用反證法做如下證明：假如瞬時靜止不存在，由前面“v=0是靜止的充要條件”可得瞬時速度為零就不存在，又因勻變速直線運動的三個基本公式本身就包含有瞬時速度為零的情況，進一步得出勻變速直線運動的三個基本公式就不存在，那么，我們所學的運動學規律就不存在，從而得出一個如此荒謬的結論，所以，瞬時靜止是存在的．

文獻[1]作者否認瞬時靜止的存在，在于絕對化了靜止．唯物辯證法關于運動和靜止的基本觀點認為，運動是絕對的、永恒的，靜止是相對的、暫時的．“自由落體運動”概念中的靜止是非平衡的、瞬時的靜止，質點下一個時刻就運動起來，是整個自由落體運動過程中，當t=0時v=0的特殊組成部分．從哲學的角度來理解，就很容易理解瞬時靜止，“形而上學的錯誤就在于把相對靜止夸大成為絕對的東西．”[4]．如果我們一見到靜止就片面地理解為持續的靜止狀態，否定瞬時靜止的存在；如果我們一提到靜止就把運動和靜止毫無關系地對立起來，水火不容，否定運動中有靜止，靜止是特殊的運動形式等；如果我們一遇到物理概念就把它作為定義，否定概念也要符合循序漸進．

3 辯證理解自由落體概念中的靜止

物理教科書在講述運動和力的關系時指出，“從牛頓第二定律知道，當物體合外力為零時，加速度為零，物體將保持靜止或者做勻速直線運動．”[5]這里的“物體保持靜止”是指持續靜止v=0，且a=0的情況，而非物體瞬時靜止v=0，a≠0的情況．可見，平衡(合外力為零)并非靜止(v=0)的充分條件也非必要條件，在靜止情況中只有保持(持續)靜止才能推導出物體處于平衡狀態，而靜止情況除持續靜止外還有瞬時靜止，瞬時靜止的物體是不平衡的，那么只有保持靜止才能推導出物體處于平衡狀態，由靜止不能推導出物體處于平衡狀態．因此，建立在錯誤的“平衡是靜止的充要條件”的理解基礎上的一切推理都是錯誤的．從線條圖1中可以清楚知道它們的關系.

圖1 物體所處狀態的線條圖

再看教材在“自由落體運動”一節中的論述過程，教科書首先給出“自由落體運動”的初步概念，“物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動”之后進一步解釋道：“自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動．”[5]這里就補充說明了概念中的“靜止”是指初速度為零而且是瞬時初速度為零，很明確這里的靜止是非平衡狀態下的瞬時靜止，不是平衡狀態下的持續靜止．教科書再進一步給出重力加速度及其取值之后，指出自由落體運動規律表達式為，“只要把這些公式(勻變速直線運動的基本公式)中的v0取作零，并且用g來代替加速度a就行了．”[5]在同一節教材中對“自由落體運動”概念進行了兩次加深完善，循序漸進不僅使學習者容易接受，而且還可以激發學習者深入探索的求知欲望，絲毫不會對“從靜止開始”這幾個字產生歧義，即使學習者在最初的概念中產生了歧義，也會在逐步補充完善中得以消除．可見，把初步的自由落體運動的“概念”當成最終的“定義”來處理，本身就是錯誤的．

參考文獻

1 董友軍.淺談自由落體運動的定義.物理教師，2010(1):14

2 李小融.教育心理學新編.成都：四川教育出版社，2005.175

3 國家教委.全日制中學物理教學大綱(修訂本).北京：人民教育出版社，1990.5

4 李達.唯物辯證法大綱.北京：人民出版社，1978.65

5 人教社物理室.全日制普通高級中學教科書(必修)物理第一冊.北京：人民教育出版社，2006.19，35～36，65