教科版高中物理教材中兩個(gè)值得商榷的定義

王洪年

(江蘇省揚(yáng)州市新華中學(xué) 225009)

定義(Definition)，在不改變目標(biāo)事物本身的前提下，對(duì)概念的內(nèi)涵或語(yǔ)詞的意義所做的簡(jiǎn)要而準(zhǔn)確的描述，是指對(duì)事物做出的明確價(jià)值描述，是對(duì)一種事物的本質(zhì)特征或一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延的確切而簡(jiǎn)要的說(shuō)明，或是透過(guò)列出一個(gè)事件或者一個(gè)物件的基本屬性來(lái)描述或規(guī)范一個(gè)詞或一個(gè)概念的意義.一般地，若能清楚地規(guī)定某一名稱(chēng)或術(shù)語(yǔ)的概念叫做該名稱(chēng)或術(shù)語(yǔ)的定義.物理概念定義不準(zhǔn)確或有問(wèn)題，會(huì)造成學(xué)生的理解有偏差，或無(wú)法體會(huì)到物理概念的本質(zhì)和內(nèi)涵，使教學(xué)造成混亂.

一、對(duì)矢量的定義

矢量(vector)是一種既有大小又有方向的量，又稱(chēng)為向量.一般來(lái)說(shuō)，在物理學(xué)中稱(chēng)作矢量，例如速度、加速度、力等等就是這樣的量.舍棄實(shí)際含義，就抽象為數(shù)學(xué)中的概念——向量.在計(jì)算機(jī)中，矢量圖可以無(wú)限放大永不變形.矢量區(qū)別于標(biāo)量的一個(gè)重要特征，是相加時(shí)遵從平行四邊形定則(或三角形定則)，不僅僅是有方向.

在“教科版”新課標(biāo)教材《物理·必修1》(2005年11月第一版P8)中針對(duì)“矢量”給出了如下定義：既有大小，又有方向的物理量，稱(chēng)為矢量.很明顯，這一定義是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，比如電流，既有大小，又有方向，卻是標(biāo)量，因?yàn)殡娏鞯倪\(yùn)算遵從算術(shù)法則.

教材的這一定義給高中物理教學(xué)帶來(lái)一定的被動(dòng)，曾經(jīng)有這樣一道題目：

例關(guān)于矢量和標(biāo)量，下列說(shuō)法中正確的是( ).

A．矢量是既有大小又有方向的物理量

B．凡是既有大小又有方向的物理量都是矢量

C．-10 m比2 m的位移小

D．-10℃比8℃的溫度低

分析對(duì)于該選擇題的B選項(xiàng)，選還是不選？選吧，不對(duì)，不選吧，教材就是這樣講的，無(wú)法對(duì)學(xué)生解釋.

人教版對(duì)這一問(wèn)題的處理相對(duì)比較巧妙，在學(xué)習(xí)完位移這一矢量后，提出在物理學(xué)中，像位移這樣的物理量叫做矢量，它既有大小，又有方向.指明了矢量的特征，卻沒(méi)有下定義.在學(xué)習(xí)完力的合成與分解，學(xué)生掌握了平行四邊形定則或三角形定則后，才對(duì)矢量作了如下定義：既有大小又有方向，相加時(shí)遵從平行四邊形定則(或三角形定則)的物理量叫做矢量.這樣的處理方法，既遵從了循序漸進(jìn)的原則，又體現(xiàn)了教材的嚴(yán)謹(jǐn)性.

二、對(duì)線速度的定義

對(duì)此筆者有兩點(diǎn)困惑：

(2)線速度是矢量，既有大小又有方向，而弧長(zhǎng)和時(shí)間均為只有大小而沒(méi)有方向的標(biāo)量，其比值必然只有大小而沒(méi)有方向.很顯然，教材的定義并沒(méi)有對(duì)線速度的本質(zhì)特征作出明確的描述，是不確切的.

教材對(duì)線速度錯(cuò)誤定義的原因分析：

從日常生活的膚淺角度對(duì)待圓周運(yùn)動(dòng)的快慢，而沒(méi)有從物理視角出發(fā)，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的快慢.線速度是矢量，既能表示運(yùn)動(dòng)的快慢，還能表示運(yùn)動(dòng)的方向，其定義必然大小和方向都包含.教材的定義只有大小而無(wú)方向，顯然是不合理的，為了描述其方向，又硬性賦予“在圓周運(yùn)動(dòng)中任一點(diǎn)的線速度方向也就是圓周上該點(diǎn)的切線方向”，十分牽強(qiáng).

筆者從教以來(lái)對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的線速度作了如下理解:

(1)線速度就是速度，只不過(guò)為了和角速度相對(duì)應(yīng)和區(qū)別，加了一個(gè)線字而已.

(2)用弧長(zhǎng)Δs與時(shí)間Δt的比值對(duì)應(yīng)的是平均速率，是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向；而位移Δx與時(shí)間Δt的比值對(duì)應(yīng)的是平均速度，是矢量，這才是線速度的定義.在高中階段我們主要關(guān)注的是瞬時(shí)線速度，對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)線速度和平均速率的大小正好是一樣的，從而造成了誤解.