力學參照物所蘊含的物理思想

陳紅葉 劉進 趙建君 蔡玉萍

軍械工程學院基礎部 石家莊 050003

力學參照物所蘊含的物理思想

陳紅葉 劉進 趙建君 蔡玉萍

軍械工程學院基礎部 石家莊 050003

參照物思想是整個物理學思想方法體系的起點，也是制約問題能否正確解決的關鍵，但一般教學活動對參照物思想強調(diào)不突出。就力學部分中參照物的重要性進行討論。

物理思想；力學；參照物

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

物理學的影響已經(jīng)融入生活中的各個角落。即使當前，資源生存的競爭、軍事斗爭的需要也始終是物理學前進發(fā)展的一大因素。物理學之所以被公認為一門重要科學，不僅是因為它解釋客觀世界獲得巨大成功，還由于它在發(fā)展建立過程中形成一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。其中，參照物思想是其整個體系的起點，也是能否正確解決問題的關鍵。沒有參照物，就不能對物體進行正確描述，不能對問題進行正確分析，不能對規(guī)律進行正確應用，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，筆者對隱含在力學中的參照物思想所能反映的物理思想與方法進行總結和歸納。力學參照物思想主要體現(xiàn)在以下幾個方面的教學內(nèi)容中。

1 物體模型化中的應用

如對質點模型來說，同一物體能否視為質點完全取決于它的質量和質量多大的物體做比較，它的線度和多遠的空間距離相衡量。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點，有些情況下則不能當做質點。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。

2 物理量定義中參照物的影子

力學中以物理量有沒有方向性作為參照標準分為矢量物理量與標量物理量。功、能量等物理量都是標量，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、動量、力矩、角動量等物理量均是矢量。相較于標量物理量，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角度的參照物。

3 物理規(guī)律應用中的參照物思想

物理規(guī)律的正確應用是正確解決物理問題的一個關鍵所在，一個規(guī)律、一個定理應用于什么領域、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。比如動量定理應用于一個質點還是一個質點系，其表現(xiàn)形式有著本質上的不同。初識物理的學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)律應用的前提、背景等相關知識。由于選錯了適用性這個參照物，鬧出似是而非的事情也就不難以理解了。如何將規(guī)律應用在正確的領域中，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矛盾是什么。如研究鐘能否被繩子掛起時，可將鐘視為質點；若討論鐘沿懸掛點的擺動問題，可將鐘視為剛體；若研究鐘發(fā)出的聲音問題，則應該從振動的角度入手。同樣對于一個電子的研究，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；若考察其被強大的電壓加速后的動能，就有可能要考慮相對論因素；若從微觀角度考察電子某時刻的位置，就必須要用到量子力學的知識。

5 數(shù)學運算中的參照物選取因素

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

其次，解決一個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系時就可以嘗試利用選取積分變量為位置以便于求解。

再次，有關積分運算中，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)學運算中的體現(xiàn)，也就是參照物的化身。

6 解決復雜問題時參照物思想的優(yōu)勢作用

相比于其他領域來說，力學問題是最容易被熟悉的一個，這導致在學習力學時很容易忽略解決問題時要用到的嚴謹?shù)目茖W思路。但當開始處理不熟悉的領域時，或者當在熟悉領域中問題復雜化時，有一個明確的參照物、明確的目標、明確的思路作參考是非常有必要的。如對于相對運動問題，盡管實質上還是處理一個質點的力學問題，但不善于明確參照物的學生就非常容易出錯，因為這里的參照物成了兩個，而且這兩個參照物的相對位置還在變化。如果參照物思想不牢固，一個質點的問題就容易迷失；若研究多個質點的問題，就更容易出現(xiàn)不知所措的情況。如果理解了相對運動問題，那么普通的大學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鍵所在，盡管有時候由于人們本身對問題情況非常熟悉而并不特意點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，才有努力奮斗的動力。在社會結構中，只有行為活動有了參照物，社會才能正常運轉。

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