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    《绿皮火车》经典语录 [在直道上行驶的火车能看成质点吗]

    时间:2019-05-11 03:27:57 来源:柠檬阅读网 本文已影响 柠檬阅读网手机站

      “质点”这个概念是高中物理提出的第一个理想化模型,其基础性显而易见,它也是人教社新版高中物理必修一中第一节的核心,在教学中流行着一些似是而非的说法,在几乎所有的高中教辅资料、甚至期中期末考试卷中差不多都有这样的观点:
      例如,一列火车从北京开到广州,①在研究火车的整体运动时毫无疑问可以把火车看做质点,理由是火车的长度可以忽略不计,对问题的研究无影响.②如果研究火车的发动机、传动机构、车轮的运动情况时火车不能看做质点,理由是此时涉及到转动问题.③如果研究火车在某一段直道上行驶通过一个路标的时间的问题时,火车不能看做质点,理由是火车的长度不能忽略,对问题有影响.
      以上分析看似很完备了,也很少有学生、老师质疑其准确性.明确的说:前两种情况的结论和理由是正确的,但第三种情况的结论和理由却值得好好推敲了.我们先来看看新教材上的有关论述:在人教版教材物理必修一第9、10页上有这样的话“一列火车在铁轨上行驶,它的发动机、传动机构及车轮的运动是很复杂的.但是当我们只关心列车的整体运动时,可以认为列车上各点的运动情况完全相同,因而可以用它上面一个点的运动表示列车这个庞然大物的运动.”这段叙述结论和第一种情况相同,但仔细对比会发现所说的理由却不尽相同;教材第10页第二段有这样的叙述看来,在某些情况下,我们可以忽略物体的大小和形状,而突出物体具有质量这个要素,把它简化为一个有质量的物质点,这样的点称为质点;在另外一些情况下,我们虽然不能忽略物体的大小和形状,但是可以用其上任意一点来代替整个物体的运动,于是整个物体的运动也可以简化为一个点的运动,把物体的质量赋予这个点,它也就成了一个质点.“……”或是研究火车车轮的运动时再把火车当做质点就荒唐可笑了.
      教材解读:本段论述显然是两种情况并列,文中“在另外一些情况下”的实质是物体在做平动时即便是“不能忽略物体的大小和形状”但仍然可以“把物体的质量赋予这个点,它也就成了一个质点.”在前面所述的求火车行驶通过一个路标的时间时,因火车运动可以看做平动,即可以用车身上的一个点来代替整列火车的运动.只是通过标杆的过程中其位移刚好等于车的长度而已!
      但在很多教辅类书刊中,简单化的认为能忽略形状和大小的就可以看做质点,不能忽略时就简单的认为不可以看做质点,明显和新教材的本意相悖,对学生的学习质点概念造成误导.另外,在人教社配发的必修一教师用参考书第七页有论述:“一列火车在直道上行驶时,座位上每个人的运动情况都相同,可以用一个人的运动代表所有人的运动,也可以代表火车的运动情况,因此火车可以视为一个点.”为什么求火车在直道上过一个路标的时间,就不能看做质点呢?(其理由只是火车的长度不能忽略;而实质情况是车身上每一个点的位移恰好等于车的长度,车长度这个数据解题时必须要使用.)
      还有,在北京科学技术出版社与中国三峡出版社1998年5月第二版出版的工具书《中学教师实用物理辞典》第28页“质点”条目中是这样叙述的:“若研究的物体不涉及转动或物体的大小跟问题中所涉及到的距离相比较很微小时,即可以将这个实际的物体抽象为质点.例如,在研究地球公转时,……在研究地球自转时,……又如物体在平动时,内部各处的运动情况都相同,就可以把它看成质点.”
      此段文字又该如何理解呢?文中“研究的物体不涉及转动”或“物体的大小跟问题中所涉及到的距离相比较很微小”明显是并列关系.即在不涉及转动时:无论物体的大小能否忽略都可以把物体看做质点.若涉及转动时:如果物体的大小跟问题中所涉及到的距离相比很微小时,可以将物体抽象为质点,比如研究地球的公转时;如果物体的大小跟题中所涉及到的距离相比不能忽略时,不能看做质点,比如在研究地球的自转和研究火车车轮的运动时.
      该辞典在第29页的“平动”条目下也明确指出:“平动也称平移,平行移动.……在同一个时刻,运动物体上各点的速度和加速度都相同.因此在研究物体的平动时,可以不考虑物体的大小和形状,而把它作为质点来处理.”
      综合以上三大权威典籍的论述,结论应该很清楚了:研究物体的平动时,物体均可看做质点,而不论其大小能否忽略;涉及转动的物体一般不能看做质点,但当其大小和形状可以忽略时,也可以看做质点.
      现在我们再回到开始的问题:
      求一列匀速行驶(或者匀变速行驶)的火车(或者一根长杆)沿直线通过某一个标记的时间.
      可以这样分析:因其是典型的平动,可以用其上任一点代表整体的运动,在此过程中,车头(或车尾)上的一个点通过的位移恰好等于车的长度L,即车的位移等于L,然后用运动学知识可以顺利的求出结果.(实际情况是车的长度这个数据在此题中必须用上,否则无法求出结果).
      以上是笔者对有关质点问题的一点看法,有些小题大做啦,但我总觉得研究或者学习自然科学需要严谨、清楚,一丝不苟的治学态度.欢迎各位老师指正.
      

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