对人教版高中物理必修教材的商榷

毕++亮

摘 要

高中物理课程标准正在修订中，“课标”修订后，我国将使用新版高中物理教材。若再不指出人教版高中物理必修教材中存在的一些瑕疵，部分瑕疵可能会延续到新版教材中。为此，特别撰写此文，以期为新教材的编写提供一些建议。

签于有的瑕疵历史悠久，因此，在商榷具体问题之前，先简要介绍一下人民教育出版社曾出版过的物理教材。据人教社教材建设史记载，在2004年之前，人教社一共出版过十套物理教材。第四套在文化大革命开始时夭折，第七套是义务教育课本，第九套只在少数重点高中试用[1]。在核对教材中的小瑕疵是否长期存在时，这三套教材将剔除在外。

一、加速度的数据须要修正

现行的必修1[2]第一章第5节，即“速度变化快慢的描述——加速度”这一节，在引入加速度概念时展示了一个思考与讨论：“普通小型轿车和旅客列车，速度都能达到100km/h。但是，它们起步后达到这样的速度所需的时间是不一样的。例如一辆小汽车起步时在20s内速度达到了100km/h，而一列火车达到这个速度大约要用500s。谁的加速度比较快？它们的速度平均1s各增加多少？”通过计算可以求出，小汽车的加速度约为1.39m/s2，旅客列车（火车）的加速度约为0.06m/s2。

教材在这一节的课文中列出了一个表格，如表1所示所示：

由表1可知，汽車起步的加速度约为2m/s2，旅客列车起步的加速度约为0.35m/s2。对比课文中的前后两种数据，可以发现小汽车的加速度1.39m/s2不能约等于2m/s2；旅客列车（火车）的加速度0.06m/s2远远小于0.35m/s2。

表1也曾出现在第八套教材[3]和第十套教材[4]中。只不过有细微差别，在第八套教材中，上表的“起步”一词为“加速”，“约”一字为“可达”，“可达”这个词我们可解读为最大加速度。在第十套教材中，上表中的“起步”一词依旧为“加速”，但是没有“约”这个字或“可达”这个词。

一位同行曾对汽车、无轨电车、旅客列车起步的加速度进行了实测，表1中的数据与他测出的数据出入非常大。据此，他认为表1中的数据是伪造的。这些数据到底是不是伪造的，我们不能轻易下结论。但是，从现行教材中，小汽车和旅客列车（火车）起步加速度的前后数据存在很大差异来看，上表中的数据摆脱不了伪造的嫌疑。此外，表1中的数据最早出自90年代的课本，20多年过去，像汽车、电车、列车等这样的交通工具，性能没有得到提升吗？起步时的加速度依旧没变吗？还有，不同品牌（或者不同型号）的同一种交通工具，起步时加速度的大小难道也都没有差异吗？即便是同一厂家生产的同一型号的交通工具，在路面状况、所载质量（或人数）、老化程度等等各种因素都不相同时，加速度的大小也没有差别吗？

可以说，表1中的数据只能让学生对不同的运动物体速度改变快慢不同，以及哪种物体速度改变更快有一个直观的感受。而数据的科学性、真实性、可靠性，是难以让人信服的。物理是一门科学，编者应该求真务实。建议编者在编写新教材时，咨询一些行业专家或生产厂家，将课文内的“思考与讨论”中和表格中的交通工具加上品牌名称和型号，加速度的数据也作相应修订，并且将表格中的“约”改为“可达”（毕竟各种机械、机器在使用过程中由于损耗等各种因素影响，实际性能要比出厂时的性能差）。

二、力的表达须要完善

现行的必修1在第三章第1节，即“重力基本相互作用”这一节，讲到“力和力的图示”时写道：“力是矢量，它不但有大小，而且有方向。力的方向不同，它的作用效果不一样。作用在运动物体上的力，如果方向与运动方向相同，将加快物体的运动；如果方向与运动方向相反，将阻碍物体的运动。可见要把一个力完全表达出来，除了力的大小外，还要指明力的方向。”

教材接着写道：“可以用带箭头的线段表示力。线段是按一定比例画出的，它的长度表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示。有时只需画出力的示意图，即只需画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力。”

上面划波浪线这一句话是不全面的，甚至可以说是错误的。首先，一般的矢量，只有大小和方向，但是力矢量与一般的矢量不同，它还包含力的作用点——指明了力施加在物体的哪个部位。因此，要完全表达一个力，必须同时指明力的大小、方向、作用点，三个要素缺一不可。其次，即便把划波浪线这句话当作是正确的，它也有逻辑缺陷。既然教材说指明力的大小和方向就可以完全表达一个力，为何在讲解如何表达一个力时（用有向线段表示），又说要用箭头或箭尾表示力的作用点呢？这在逻辑上造成前后矛盾。

划波浪线的这句话，在第五套[5]、第六套[6]、第八套、第十套教科书中也曾出现，可谓历史悠久。实际上，学生在初中已经知道力有三个要素，三个要素都会影响力的作用效果，并且也会画力的示意图，只是没有学过力的图示。建议教材编者在编写新教材时，将含有波浪线的那一整段文字修改为：“力是矢量，它与其他的矢量不同，它不但有大小、方向、还有作用点。因此，要完全表达一个力，必须指明力的大小、方向、作用点。”这样修改后，不仅变得非常严谨，而且与下一段文字衔接较好，且不存在逻辑冲突。

三、物理现象描述需要严谨

现行的必修1在第三章第1节还存在另一个错误。教材在讲“重力”时提到：“自然界的各种物体之间存在着多种相互作用。例如，空中的物体落向地面，是因为地球与物体之间存在着相互吸引的作用。尽管地球不停地自转，但海水不会洒向太空，也是因为地球与海水之间存在着相互吸引的作用。”

首先，划了波浪线的这一句话明显是错误的。教材在这一篇课文的后半部分明确介绍，自然界中只有四种相互作用：万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。难不成相距一米远的两颗苹果之间，除了微乎其微的万有引力之外，还存在着电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用中的一种或两种抑或三种？

其次，即便认为划波浪线的这句话是正确的，波浪线与下划线对应的这两句话之间也存在逻辑谬误。这里犯了跑题谬误。前一部分说各种物体之间存在多种相互作用，后一部分举出的两个例子，谈的都是同一种相互作用。后面的两个例子作为前提，仅仅支持“自然界的各种物体之间都存在相互吸引的作用”这一结论，并不支持“自然界的各种物体之间存在着多种相互作用”这个被前置的结论。

建议教材编者在编写新教材时将波浪线这句话改为：“自然界的各种物体之间存在着相互吸引的作用。”这样，举出的例子就不与结论矛盾，且后面接着讲“由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力”也成为顺理成章的事情。

四、插图注释要准确

现行的必修1第四章第2节，即“实验：探究加速度与力、质量的关系”这一节。课文中的实验参考案例一中的插图存在一个错误。教材插图如图1和图2所示：

图1真的是侧视图吗？在做出判断之前，笔者先对三视图（人教版《初中数学九年级下册》就曾讲过三视图）做一个简要介绍。三视图是观测者从上面、左面、正面三个不同角度观察同一个物体（几何体）而画出的图形。由物体的上面向下投影所得的视图称为俯视图，由物体的前面向后投影所得的视图称为主视图（也叫正视图），由物体的左面向右投影所得的视图称为左视图（也叫侧视图）。三视图的投影规则是：主视图与俯视图长对正，主视图与左视图高平齐，俯视图与左视图宽相等（几何体有长、宽、高）。

現在我们可以来判断图1到底是不是侧试图了。如果单独给出图1，我们可以叫主视图，也可以叫侧视图——因为这种情况下，观测者是从哪一个位置观测，我们是无法知道的。好在有一个图2，图2是俯视图，这是毫无争议的。图2与图1的长度是相等的，跟据投影规则“长对正”，既然图2是俯视图，那图1肯定是主视图。显然，教材把图1称为侧视图是错误的。

建议教材编者在编写新教材时将图1原图中的“侧视图”改为“主视图”，并在图1中画上黑板擦，同时在图2中加入“俯视图”字样。

五、线速度是矢量须要明确

现行的必修2[7]第六章第1节，即“行星的运动”这一节。在课文快结束时，教材写道：“行星的轨道十分接近圆，在中学阶段的研究中我们按圆轨道处理。这样就可以说……对于某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或）线速度不变，即行星做匀速圆周运动……”

上一段引用的文字中划波浪线的文字“线速度不变”是错误的。这应该是编者的笔误，因为这个错误太明显了。教材早在第五章第4节“圆周运动”中明确讲到：“线速度是矢量……如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫做匀速圆周运动。应该注意的是，匀速圆周运动的线速度方向是在时刻变化的，因此它仍是一种变速运动，这里的‘匀速是指速率不变。”

建议教材编者在编写新教材时将波浪线对应的文字“线速度”改为“线速度大小”。

六、重力势能的描述须要更正

现行的必修2第七章第4节，即“重力势能”这一节。教材课文的开篇提到：“这一节，我们定量地研究重力势能，为此首先要确定重力势能的表达式。正如前述，物体由于被举高而具有重力势能，它的质量越大、所处的位置越高，重力势能就越大。”

上一段引用的文字中有2处错误，分别是划波浪线的部分和下划线的部分。第1个错误：“正如前述”，这说明教材在这一节课文之前，已经提到过“正如前述”四个字后面的这一句话。然而翻遍这一节课文之前的教材，找不到任何字段曾提过这一句话或相似表述。第2个错误：下划线对应的这句话是错误的。这句话与初中老教材中重力势能的定性定义相同[8]。早前曾有学者从逻辑上对初中教材中的“重力势能”的定性定义提出质疑：什么叫被举高？按通常的理解，放置于地面的物体没有“被举高”，难道放置于地面的物体没有重力势能吗？初中教材的编者也认为初中教材的表述确实有问题，现行的初中教材已经将重力势能的定性定义修改为：“物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。”[9]人教版高中必修教材的多个编者同时也是人教版初中教材的编者。他们对这个事情应该比我们大家都清楚。

建议教材编者在编写新教材时将波浪线对应的文字改为“初中时我们已经知道”，将下划线对应的文字改为“物体由于受到重力并处在一定高度而具有重力势能”。

七、重力势能表述应准确

现行的必修2第七章第4节还存在一个问题。教材在引入重力势能的定量定义之前先讲重力做的功。

设一个质量为m的物体，从高度是h1的A位置运动到高度为h2的B位置。第一次竖直向下运动，如图3，重力做功WG=mgh=mgh1-mgh2；第二次沿斜线向下运动，如图4，重力做功：WG=mgcos？兹·l=mgh1-mgh2；第三次沿任意路径向下运动如图5，将路径分成许多小段，AA1，A1A2，A2A3，…，每小段都可看作斜线，设其对应的高度差为△h1，△h2，△h3，…，物体通过每段斜线重力做功分别为mg△h1，mg△h2，mg△h3…，物体通过整个路径，重力做功：

WG=mg△h1+mg△h2+mg△h3+…

=mg（△h1+△h2+△h3+…）

=mgh

=mgh1-mgh2

分析表明，物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关，功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差。

看起来，物体所受的重力mg与它所处的高度h的乘积mgh，是一个具有特殊意义的物理量……我们把物理量mgh叫做物体的重力势能，用Ep表示，即Ep=mgh。此式表明，物体的重力势能等于重力与所处高度的乘积。

仔细分析以上引用的编写内容和插图，可以发现存在3个错误。第1个错误：图3和图4中物体的重力示意图没有画正确，因为重力作用点没画在重心上。第2个错误：下划线的部分提到“重力做的功只跟它的起点和终点的位置有关”，查阅语文工具书可知，“只”在此处是仅仅、唯一的意思，表示限于某个情况或范围。难道重力做的功只与h1和h2有关，而与物体的重力mg的大小无关吗？第3个错误：波浪线这一段文字之前的编写内容和相关插图中的h是h1和h2的高度差，并不是小球所处的高度，然而波浪线对应的这段文字却把h称为高度——此处的错误不容小觑。

有意思的是，几乎完全相同的编写内容也曾呈现在前几套教材中。第五套教材没有出现第1但出现了第2、第3个错误。第六套教材只出现了第2个错误。第八套教材改变了以往的編写思路，直接给出重力势能的定义和公式，因此3个错误一个都没犯。第十套教材不存在第3个错误（只用了图4及相应的重力做功的表达式），但存在第1、第2个错误。

建议教材编者在编写新教材时将图3、图4中物体的重力示意图的作用点画在重心上；将下划线部分中的“只”字删去；将图3和图4及相关表述中的高度差h改为△h，并将波浪线部分改为：“我们看到WG等于mgh这个量的变化，看来，mgh是一个具有特殊意义的物理量……”（此表述是第十套教材的表述）

人教版高中物理必修教材还有部分内容可以商榷。限于篇幅关系，只能就此打住。古语有言：“金无足赤，人无完人。”再完美的人也有失误的时候。笔者指出的这些“小瑕疵”，只是一些小失误。如果教材执笔人员在编写教材时再细致一些，编辑人员和审读人员更细心一些，这些小失误是完全可以避免的。同时，每一位使用人教版教材的教师，都有义务对教材的编写内容提出合理建议，如果各位同仁在发现教材存在失误时，及时将自己的建议反馈给人民教育出版社，相信教材中的一些小失误是可以及时纠正的。

物理是一门科学，科学应该是严谨的。物理教材作为传递科学知识的载体，不仅要向广大师生传递正确的科学知识，还要传递严谨、求真的治学风气。目前，高中物理课程标准正在修订中，各版本物理教材所属的出版社也在广泛征求意见，编写新的高中物理教科书。不久，我们大家就可以使用新版的高中物理教材。在此，期待人民教育出版社能编写出一套更加完美、更受广大师生喜爱的高中物理新教材。

参考文献

[1] 课程教材研究所编.新中国中小学教材建设史（1949-2000）研究丛书·物理卷[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2] 普通高中课程标准实验教科书物理1必修[M].第3版.北京：人民教育出版社，2010.

[3] 高级中学课本物理第一册（必修）[M].第2版.北京：人民教育出版社，1996.

[4] 全日制普通高级中学课本（必修）物理第一册[M].第2版.北京：人民教育出版社，2006.

[5] 全日制十年制学校高中课本（试用本）物理上册[M].北京：人民教育出版社，1979.

[6] 高级中学课本（试用）物理（甲种本）第一册[M].北京：人民教育出版社，1983.

[7] 普通高中课程标准实验教科书物理2[M].第3版.北京：人民教育出版社，2010.

[8] 义务教育课程标准实验教科书物理九年级[M].第3版.北京：人民教育出版社，2006.

[9] 义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012.

【责任编辑 孙晓雯】