陳紅葉 劉進(jìn) 趙建君 蔡玉萍

軍械工程學(xué)院基礎(chǔ)部 石家莊 050003

力學(xué)參照物所蘊(yùn)含的物理思想

陳紅葉 劉進(jìn) 趙建君 蔡玉萍

軍械工程學(xué)院基礎(chǔ)部 石家莊 050003

參照物思想是整個(gè)物理學(xué)思想方法體系的起點(diǎn)，也是制約問題能否正確解決的關(guān)鍵，但一般教學(xué)活動(dòng)對參照物思想強(qiáng)調(diào)不突出。就力學(xué)部分中參照物的重要性進(jìn)行討論。

物理思想；力學(xué)；參照物

Author’s address Depar tment of Basic Science, Col lege Ordnance Engineer, Shi j iazhuang, China 050003

物理學(xué)的影響已經(jīng)融入生活中的各個(gè)角落。即使當(dāng)前，資源生存的競爭、軍事斗爭的需要也始終是物理學(xué)前進(jìn)發(fā)展的一大因素。物理學(xué)之所以被公認(rèn)為一門重要科學(xué)，不僅是因?yàn)樗忉尶陀^世界獲得巨大成功，還由于它在發(fā)展建立過程中形成一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。其中，參照物思想是其整個(gè)體系的起點(diǎn)，也是能否正確解決問題的關(guān)鍵。沒有參照物，就不能對物體進(jìn)行正確描述，不能對問題進(jìn)行正確分析，不能對規(guī)律進(jìn)行正確應(yīng)用，不能對問題正確求解，甚至不能知道問題到底是什么。由此可見，對參照物的體會不管有沒有達(dá)到理論高度，正確體會其內(nèi)涵是有必要的。在此，筆者對隱含在力學(xué)中的參照物思想所能反映的物理思想與方法進(jìn)行總結(jié)和歸納。力學(xué)參照物思想主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容中。

1 物體模型化中的應(yīng)用

如對質(zhì)點(diǎn)模型來說，同一物體能否視為質(zhì)點(diǎn)完全取決于它的質(zhì)量和質(zhì)量多大的物體做比較，它的線度和多遠(yuǎn)的空間距離相衡量。也就是說，根據(jù)選取的參照物的不同，物體在有些情況下可以是質(zhì)點(diǎn)，有些情況下則不能當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)。同樣，物體能不能視為剛體也是有要求的，這里的參照物體用來甄別物體在研究過程中的形變是否可以忽略不計(jì)。

2 物理量定義中參照物的影子

力學(xué)中以物理量有沒有方向性作為參照標(biāo)準(zhǔn)分為矢量物理量與標(biāo)量物理量。功、能量等物理量都是標(biāo)量，其值只有大小之分，而無方向的考慮，定義這一類物理量，只需要一個(gè)參照物用于區(qū)別其大小就可以了。而另一類物理量如位置、位移、速度、加速度、力、動(dòng)量、力矩、角動(dòng)量等物理量均是矢量。相較于標(biāo)量物理量，要完整地描述矢量物理量，除了描述出該物理量的大小，也要給出該物理量的方向，即要選取大小和方向兩個(gè)角度的參照物。

3 物理規(guī)律應(yīng)用中的參照物思想

物理規(guī)律的正確應(yīng)用是正確解決物理問題的一個(gè)關(guān)鍵所在，一個(gè)規(guī)律、一個(gè)定理應(yīng)用于什么領(lǐng)域、適用于什么情況，都是受得出該規(guī)律定理過程中限定好的前提所限制的。比如動(dòng)量定理應(yīng)用于一個(gè)質(zhì)點(diǎn)還是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系，其表現(xiàn)形式有著本質(zhì)上的不同。初識物理的學(xué)生往往流于對物理規(guī)律的簡單理解和膚淺印象而疏忽物理規(guī)律應(yīng)用的前提、背景等相關(guān)知識。由于選錯(cuò)了適用性這個(gè)參照物，鬧出似是而非的事情也就不難以理解了。如何將規(guī)律應(yīng)用在正確的領(lǐng)域中，參照物思想的重要意義毋庸置疑。

4 物理問題確立中的參照物思想

研究涉及同一個(gè)物體的物理問題，具體從哪一方面入手，需要看問題中要解決的重點(diǎn)矛盾是什么。如研究鐘能否被繩子掛起時(shí)，可將鐘視為質(zhì)點(diǎn)；若討論鐘沿懸掛點(diǎn)的擺動(dòng)問題，可將鐘視為剛體；若研究鐘發(fā)出的聲音問題，則應(yīng)該從振動(dòng)的角度入手。同樣對于一個(gè)電子的研究，若考察其與其他帶電體的相互作用力，可以從經(jīng)典物理入手；若考察其被強(qiáng)大的電壓加速后的動(dòng)能，就有可能要考慮相對論因素；若從微觀角度考察電子某時(shí)刻的位置，就必須要用到量子力學(xué)的知識。

5 數(shù)學(xué)運(yùn)算中的參照物選取因素

物理問題中要應(yīng)用相當(dāng)多的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。首先，從坐標(biāo)系的角度來說，解決一個(gè)問題坐標(biāo)系的選擇和建立是不可避免的，不論是直角坐標(biāo)系，還是平面自然坐標(biāo)系，角量描述里都有單位的選擇，有標(biāo)準(zhǔn)方向的存在，這些都是參照物的表象形式。物理教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)該培養(yǎng)出學(xué)生正確選擇坐標(biāo)系的能力。

其次，解決一個(gè)問題可以選擇不同的變量表述。如已知物體的加速度是位置的函數(shù)，在求速度與位置的關(guān)系時(shí)就可以嘗試?yán)眠x取積分變量為位置以便于求解。

再次，有關(guān)積分運(yùn)算中，由于經(jīng)常求解某物體的狀態(tài)，所以經(jīng)常需要處理定積分，這就需要處理定積分的上下限，而定積分的上下限就是初始條件在數(shù)學(xué)運(yùn)算中的體現(xiàn)，也就是參照物的化身。

6 解決復(fù)雜問題時(shí)參照物思想的優(yōu)勢作用

相比于其他領(lǐng)域來說，力學(xué)問題是最容易被熟悉的一個(gè)，這導(dǎo)致在學(xué)習(xí)力學(xué)時(shí)很容易忽略解決問題時(shí)要用到的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思路。但當(dāng)開始處理不熟悉的領(lǐng)域時(shí)，或者當(dāng)在熟悉領(lǐng)域中問題復(fù)雜化時(shí)，有一個(gè)明確的參照物、明確的目標(biāo)、明確的思路作參考是非常有必要的。如對于相對運(yùn)動(dòng)問題，盡管實(shí)質(zhì)上還是處理一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的力學(xué)問題，但不善于明確參照物的學(xué)生就非常容易出錯(cuò)，因?yàn)檫@里的參照物成了兩個(gè)，而且這兩個(gè)參照物的相對位置還在變化。如果參照物思想不牢固，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的問題就容易迷失；若研究多個(gè)質(zhì)點(diǎn)的問題，就更容易出現(xiàn)不知所措的情況。如果理解了相對運(yùn)動(dòng)問題，那么普通的大學(xué)物理中的相對論問題將迎刃而解，不成為問題了。

參照物思想是解決問題的前提關(guān)鍵所在，盡管有時(shí)候由于人們本身對問題情況非常熟悉而并不特意點(diǎn)出參照物的存在及意義，但參照物是無處不在的，不能被否認(rèn)的，只要還描述問題，還和外界交流思想，參照物就是必須的、不可或缺的。同時(shí)從人文角度來說，只有建立人生期望值的參照物，才有努力奮斗的動(dòng)力。在社會結(jié)構(gòu)中，只有行為活動(dòng)有了參照物，社會才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

Physical Ideas in Reference Object of Mechanics//

Chen Hongye, Liu Jin, Zhao Jianjun, Cai Yuping

The idea of reference object is the origin of the whole system in physical thoughts, and it’s the key point to solve al l problems cor rect ly. However this point was not emphasized in the act of general physical teaching. The impor tance of the idea in reference object was discussed in this paper.

physical idea; mechanics; reference objects

G642

B

1671-489X(2012)18-0088-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.088