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第七章  中学物理规律教学



知识点一:物理规律的特点


要搞好物理规律教学,首先要对物理规律的性质、特点有较深入的理解。就中学物理教学规律而言,我们应了解物理规律的如下几个特点.

一、物理规律是观察、实验、思维、想象和数学推理相结合的产物

任何客观规律都只能被发现,而不能被“创生”,物理规律也无一例外.但不同学科的规律被认识与发现的途径又是不尽相同的.物理学规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律,因此必然与人们认识物理世界的途径有关,即都是与观察、实验,抽象思维、数学推理等有着密不可分的联系.例如,牛顿第一定律的建立,虽然是以实验为基础,但这一定律不能直接用实验加以验证,它是实验、推理和想象相结合的产物.牛顿第二定律,则是在取得大量实验数据的基础上,经过分析与综合,并利用数学方法总结出来又被实验和生产实践证明无误的客观规律.

二、物理规律反映有关物理概念之间的必然联系

任何一个物理规律,都是由一些概念组成的,这些概念常常表现为物理量,可以用一些数字和测量联系起来.物理规律把概念之间的一定关系用语言逻辑或数学逻辑表达出来.

例如,牛顿第二定律,就是由质点、力、质量、加速度等概念组成的.研究对象是质点,力、质量、加速度是三个可测量的物理量.它表明了研究对象(质点)的加速度与研究对象(质点)的质量(反映研究对象本身性质的量)和它所受的力之间的定量的因果关系.

又如,欧姆定律,是由导体、电流、电压、电阻等概念组成的.研究对象是导体,电流、电压、电阻是三个可测量的物理量.它表明:通过研究对象(导体)的电流与研究对象(导体)的电阻(反映研究对象本身性质的量)和加在研究对象(导体)两端的电压之间的定量关系.

再如,动能定理把功(过程量)与动能(状态量)联系起来;动量定理把冲量(过程量)与动量(状态量)联系起来;热力学第一定律把热量(过程量)、功(过程量)与内能(状态量)联系起来.而克拉伯龙方程则反映了理想气体同一状态中的三个状态量p、V、T间的关系.

三、物理规律具有近似性和局限性

由于物理学所研究的对象和过程,往往不是处于自然状态的实际客体和实际现象,而是采用科学抽象方法适当简化之后建立的理想模型和理想过程;又由于物理学是实验科学,在观察和实验中,限于当时仪器的精密程度、操作技术的准确程度,从而不可避免地出现测量误差.因此,反映各物理量之间关系的物理规律,只能在一定精度范围内足够真实但又是近似地反映客观世界.

物理规律不仅具有近似性,而且由于规律总是在一定范围内发现的,或在一定条件下推理得到的,并在有限领域内检验的,所以规律还具有局限性.也就是说,物理规律总有它的适用范围条件.

让我们分析一下大家熟知的现象:

如图7-1,地面上放有一物体M,站在地面上静止不动的观察者a(以地球为参照系),看到物体是静止不动的;站在水平向右匀速运动的车上的观察者b(以水平向右作匀速直线运动的车为参照系),看到物体M是以大小相同的速率、水平向左做匀速直线运动;站在水平向右加速直线运动的车上的观察者c(以水平向右加速直线运动的车为参照系),看到物体M是做水平向左的加速直线运动.


图7-1

可见,同一事物以不同的参照系观察,所得的结果是不同的.然而,以地球为参照系(不考虑转动效应),或以匀速直线运动的车为参照系,所观察到的现象,都能满足牛顿第一定律,即物体在水平方向上没有受到其它物体对它的作用时,物体静止不动或做匀速直线运动.而以加速的车为参照系,则所观察到的现象不符合牛顿第一定律.

总牛顿第一定律仅适用于质点,且受到参照系的限制,只适用于惯性系.

又如,动量导恒定律,这是自然界中普遍适用的定律,无论宏观物体,微观粒子,高速运动或低速运动情况都适用.然而动量守恒也是有条件的,这个条件就是研究对象(系统)所受的合外力必须等于零.当然,在运用中,当合外力远小于内力时,可以把合外力忽略不计,实际上相当于合外力等于零,这是一种近似处理.可见,动量守恒定律,也是有条件的。

 

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