教材中的一个错误图像及其引发的几点思考

刘朝明

（广东省佛山市顺德杏坛中学，广东 佛山 528325）

图1

笔者查阅了粤、鲁、沪和人教版高中物理必修1教材，除人教版外，其余3个版本的教材中均有以下这个位移—时间图像（图1）.类似图像也常在各类练习册和教学参考书中出现.这是个错误的位移—时间图像，有必要予以纠正，以免误导师生.

1 图像1的错误

图像1与实际物体运动情况明显不符，是编者杜撰的错误图像.该图像所对应的运动常被解释为：物体先沿正方向做匀速直线运动一段时间，然后静止一段时间，再沿与正方向相反方向做匀速直线运动一段时间.一个做匀速直线运动的物体怎么可能不经历任何时间而瞬间静止了呢？这么显浅的问题为什么教材的编者却没注意到呢？或许，教材的篇者和很多教师会这样解释（很多教师被迫这样解释！）：物体从匀速运动到静止时间很短，可以被忽略.具有讽刺意味的是，笔者在用电脑输入“忽略”这个词的同时也出现了“忽悠”这个词.不能说我们有意忽悠学生，但至少我们这样的“忽略”是在误导学生.导致学生在以后的学习中强化了这一个错误认识：物体的运动速度可以突变.

2 对运动图像问题教学安排的建议

建议把原图像改为图2，即在原来图像的基础上分别增加AB段和CD段变速过程的曲线段.这样图像就与物体的实际运动符合了.

在直线运动的教学时我们要让学生知道，匀速直线运动和静止只是最简单的两种特殊形式，除此之外还有更复杂更普遍的运动形式.做匀速直线运动的物体要停止运动必须经历过变速运动阶段，速度逐渐变小.反之，也要经历变速运动，速度逐渐变大.

在这里，也有个怎么处理变速直线运动的位移—时间图像的问题.回避问题不如正视问题.在开始进行运动图像教学时，我们从最简单的匀速直线运动开始，只需先了解OA、BC、DE段的运动.对AB、CD两段曲线的运动含义可以告诉学生，这是更复杂的变速运动，留待我们学过更多的知识后去解决.这样处理教材，既保证了图像教学的科学性，符合教学循序渐进的原则，也为后面变速运动的图像学习埋下伏笔.

图2

3 哪些运动学量可以突变？几个运动学量之间有什么关系？

图3

与图1有相同形状的速度—时间图像（图3）却是正确的.这是因为物体的加速度是可以突变的.

在学习完直线运动规律后，我们有必要引导学生寻找描述物体运动的几个物理量间有内在联系，让学生对位置、位移、速度、加速度概念及其相互联系有更本质的认识.即认识到，位移是描述位置变化的物理量，速度是描述位置变化快慢的物理量，位移的变化率即是速度.加速度是描述速度变化快慢的物理量，速度的变化率即是加速度.

在描述运动的几个物理量位移、速度、加速度中，位移、速度不能突变，即位移和速度的变化要经历时间（那怕是极短的时间）.而加速度可以发生突变，即加速度的变化可以不经历时间而瞬间发生.

对物理量的学习深入是阶段性的，在学习了牛顿运动定律后，我们可以根据牛顿第二定律分析加速度的突变性.当物体的受力突变时，物体的加速度同时发生突变.在图3中的A点对应的时刻就是原来受恒力作用做匀加速运动的物体，合外力突变为零，加速度突变为零，立即以撤力前的瞬时速度做匀速直线运动.

4 在物理问题中一个物理量能被忽略不计的前提是什么？

在研究物理问题中一个物理量能被忽略不计的前提是什么？这是物理教学中很常见的问题，也是让学生十分困惑的问题.一般来说，一个物理量能被忽略的前提是：在研究一个物理问题时，某物理量在与同类物理量比较该物理量远小于其他量.而很多情况下我们教师又没能帮助学生弄清这个问题，有时对一些问题的处理不妥反而让学生更加糊涂.例如，在位移—时间图像图1中，物体由运动到静止的时间就不能忽略.因为在常见的机械运动中，物体的变速过程经历时间并不远小于我们所研究的运动时间.又例如，一个电子在电磁场中运动，它受到的重力远小于电场力和磁场力，所以重力可忽略不计.但电子的质量却不可忽略，因质量和力不是同类物理量，没有可比性，不能因为电子的质量远小于电场力而忽略电子的质量不计，因为我们研究的主体是电子.如果我们研究的主体是一个带电液滴，那么，电子的质量远小于液滴的质量，电子的质量才可以忽略不计.