運動學中的“一種模型”、“一種思想”、“一種定義”

筆者對所教畢業班的學生進行過調查，讓他們結合自身的學習經歷，談談三年來最容易學習的物理知識。首當其沖的要屬必修1上面的第一、二章。那是不是真的這么容易？

我們來看看下面這兩道選擇題：

?賞1：（2014蘇錫常鎮二）下列關于物理學思想方法的敘述錯誤的是 ：（ D ）

A.探究加速度與力和質量關系的實驗中運用了控制變量法

B.電學中電阻、場強和電勢的定義都運用了比值法

C.力學中將物體看成質點運用了理想化模型法

D. →0時的平均速度可看成瞬時速度運用了等效替代法

?賞2：（2015泰州二）物理學中有多種研究問題的方法，下列敘述中錯誤的是： （ D ）

A.將實際的物體抽象為質點采用的是建立理想模型法

B.探究加速度a與力F、質量m之間的關系時，采用了控制變量法

C.定義電場強度的概念，采用的是比值定義法

D.伽利略比薩斜塔上的落體實驗，采用的是理想實驗

很多同學在模棱兩可中選出了錯誤的答案，原因就在于不知道物理問題的研究過程往往蘊含著豐富的物理思想方法。這兒筆者來談談運動學中涉及的幾個物理思想。

建立“理想”的物理模型

教材上是這樣描述的“在物理學中，突出問題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并將其作為研究對象，是經常采用的一種科學方法。質點就是這種物理模型之一?！本唾|點概念本身，主要考查學生會在具體情境中判斷物體能否看作質點，只要我們研究的運動對物體的形狀和大小不作要求，就可以看作質點，比較簡單不再舉例。

當然在此，我們更重要的是能夠意識到“質點”這個概念建立的真正意義：在研究物理問題時，要學會抓住主要因素忽略次要因素來簡化問題的處理方式。像后面要學習的點電荷概念，理想氣體概念等都是屬于理想化的物理模型。

滲透“極限”的思想

“極限”這個詞語似乎是數學學科才有的，在物理教材上也從未出現“極限”這個詞。教材上是這樣描述的“平均速度只能粗略地描述運動的快慢。為了使描述精確，可以把 取得小一些，物體從t到t+ 這樣一個較小的時間間隔內，運動快慢的差異也就小一些。 越小，運動的描述就越精確。當 非常非常小時，我們把 稱作物體在t時刻的瞬時速度。”這里的“非常非常小”常稱為物理上的無窮小，其實就是極限的一種通俗說法。這個思想可以簡化很多復雜的物理問題。就本章而言，有兩處借助這個思想：

應用一：求解瞬時速度

對于非勻變速運動以及運動參量已知量比較少時，我們可以采用短時間內的平均速度來替代，當然這里對于極小時間間隔和極小長度的測量要求比較高。教材上在這方面通過科學漫步給大家介紹了光電門的計時原理，可以測出0.001s的時間再次讓學生體會到“極短時間”的概念。對于遮光條即極小長度在后面我們在后面的學習中會涉及用游標卡尺測得。

應用二：推導勻變速直線運動的公式

第二章第3節“思考與討論”中讓學生討論，當時間間隔越來越短時把變速運動當勻速運動來處理所造成的誤差會有什么變化。通過速度圖像，運用這種把變速運動的全過程分割各小段勻速運動的思路，推出了 的關系式。

其實上面這兩個應用共同點都是“一個變化過程在極短時間內可以認為是不變的”：變速認為是勻速，這是一種科學的思路，高中物理的學習中處處滲透著這種思想?？梢浴白屪兞慨斪龊懔俊眮硖幚?，例如在力學中，一段變力做功在極短位移內可以當做恒力做功來處理；在電磁學中，一個變化的電場（磁場）在極短時間內可以把它當做恒定電場（磁場）來處理；可以“化曲為直”，例如在圓周運動中，向心加速度公式的推導教材上有這樣一段描述“當 很小很小時，弧長與弦長沒有什么區別，因此弧長就可代替弦長”。

極限思想常常是對待復雜物理問題的一種科學方法，對物理問題的研究起到一定的簡化作用，這一點與理想化物理模型的建立有共同的功效。

“比值法”定義的物理量

比值定義這個說法第一次是出現在速度這個物理量的定義。教材上是這樣呈現的“在這里我們用兩個物理量（位移和時間）的比值定義了一個新的物理量（速度），它的物理意義與原來的兩個物理量完全不同?！痹诙x加速度時，再次這樣描述：“加速度是用比值定義物理量的又一個例子?！?/p>

說到比值法定義，初中有電阻R的定義作為鋪墊，因此學生并不陌生。但是對于這一類物理量的特征：“它的物理意義與原來的兩個物理量完全不同”，這個“完全不同”即不是由這兩個物理量單獨決定的，這點學生掌握的并不是很好。會錯誤的認為速度大，或速度變化多，加速度就會大。需要舉一些實例來深刻體會，教材上加速度這一節的思考與討論可以讓學生體會到這一點。

運動學中除了這三個物理思想，還有賞2中選項D采用了實驗檢驗猜想和假設的科學方法。我們在后面額學習中還會涉及等效替代法、控制變量法等物理學思想方法，它們是學生學習中需要具備的物理素養。很多思想在運動學中學生也是第一次接觸，學生要認真對待這些重要的“第一次”。

高中物理教材必修1開篇“物理學與人類文明”中有這樣一段文字“進入高中之后，你們將會見識更為豐富多彩的物理現象，學到更為深刻的物理知識，進一步領悟科學研究的方法，增進對科學的感情，受到科學精神的陶冶?！笨梢娢锢硭枷敕椒ǖ难找彩菍W習物理的一個重要方面。當然物理素養的獲取也不是一蹴而就，需要老師和學生一起循序漸進，逐步滲透。

（作者單位：江蘇省無錫市洛社高級中學）