论文部分内容阅读
摘 要 参照物思想是整个物理学思想方法体系的起点，也是制约问题能否正确解决的关键，但一般教学活动对参照物思想强调不突出。就力学部分中参照物的重要性进行讨论。
关键词 物理思想；力学；参照物
Physical Ideas in Reference Object of Mechanics//Chen Hongye, Liu Jin, Zhao Jianjun, Cai Yuping
Abstract The idea of reference object is the origin of the whole system in physical thoughts, and it’s the key point to solve all problems correctly. However this point was not emphasized in the act of general physical teaching. The importance of the idea in reference object was discussed in this paper.
Key words physical idea; mechanics; reference objects
Author’s address Department of Basic Science, College Ordnance Engineer, Shijiazhuang, China 050003
物理学的影响已经融入生活中的各个角落。即使当前，资源生存的竞争、军事斗争的需要也始终是物理学前进发展的一大因素。物理学之所以被公认为一门重要科学，不仅是因为它解释客观世界获得巨大成功，还由于它在发展建立过程中形成一整套独特而卓有成效的思想方法体系。其中，参照物思想是其整个体系的起点，也是能否正确解决问题的关键。没有参照物，就不能对物体进行正确描述，不能对问题进行正确分析，不能对规律进行正确应用，不能对问题正确求解，甚至不能知道问题到底是什么。由此可见，对参照物的体会不管有没有达到理论高度，正确体会其内涵是有必要的。在此，笔者对隐含在力学中的参照物思想所能反映的物理思想与方法进行总结和归纳。力学参照物思想主要体现在以下几个方面的教学内容中。
1 物体模型化中的应用
如对质点模型来说，同一物体能否视为质点完全取决于它的质量和质量多大的物体做比较，它的线度和多远的空间距离相衡量。也就是说，根据选取的参照物的不同，物体在有些情况下可以是质点，有些情况下则不能当做质点。同样，物体能不能视为刚体也是有要求的，这里的参照物体用来甄别物体在研究过程中的形变是否可以忽略不计。
2 物理量定义中参照物的影子
力学中以物理量有没有方向性作为参照标准分为矢量物理量与标量物理量。功、能量等物理量都是标量，其值只有大小之分，而无方向的考虑，定义这一类物理量，只需要一个参照物用于区别其大小就可以了。而另一类物理量如位置、位移、速度、加速度、力、动量、力矩、角动量等物理量均是矢量。相较于标量物理量，要完整地描述矢量物理量，除了描述出该物理量的大小，也要给出该物理量的方向，即要选取大小和方向两个角度的参照物。
3 物理规律应用中的参照物思想
物理规律的正确应用是正确解决物理问题的一个关键所在，一个规律、一个定理应用于什么领域、适用于什么情况，都是受得出该规律定理过程中限定好的前提所限制的。比如动量定理应用于一个质点还是一个质点系，其表现形式有着本质上的不同。初识物理的学生往往流于对物理规律的简单理解和肤浅印象而疏忽物理规律应用的前提、背景等相关知识。由于选错了适用性这个参照物，闹出似是而非的事情也就不难以理解了。如何将规律应用在正确的领域中，参照物思想的重要意义毋庸置疑。
4 物理问题确立中的参照物思想
研究涉及同一个物体的物理问题，具体从哪一方面入手，需要看问题中要解决的重点矛盾是什么。如研究钟能否被绳子挂起时，可将钟视为质点；若讨论钟沿悬挂点的摆动问题，可将钟视为刚体；若研究钟发出的声音问题，则应该从振动的角度入手。同样对于一个电子的研究，若考察其与其他带电体的相互作用力，可以从经典物理入手；若考察其被强大的电压加速后的动能，就有可能要考虑相对论因素；若从微观角度考察电子某时刻的位置，就必须要用到量子力学的知识。
5 数学运算中的参照物选取因素
物理问题中要应用相当多的数学基础。首先，从坐标系的角度来说，解决一个问题坐标系的选择和建立是不可避免的，不论是直角坐标系，还是平面自然坐标系，角量描述里都有单位的选择，有标准方向的存在，这些都是参照物的表象形式。物理教学活动中应该培养出学生正确选择坐标系的能力。
其次，解决一个问题可以选择不同的变量表述。如已知物体的加速度是位置的函数，在求速度与位置的关系时就可以尝试利用选取积分变量为位置以便于求解。
再次，有关积分运算中，由于经常求解某物体的状态，所以经常需要处理定积分，这就需要处理定积分的上下限，而定积分的上下限就是初始条件在数学运算中的体现，也就是参照物的化身。
6 解决复杂问题时参照物思想的优势作用
相比于其他领域来说，力学问题是最容易被熟悉的一个，这导致在学习力学时很容易忽略解决问题时要用到的严谨的科学思路。但当开始处理不熟悉的领域时，或者当在熟悉领域中问题复杂化时，有一个明确的参照物、明确的目标、明确的思路作参考是非常有必要的。如对于相对运动问题，尽管实质上还是处理一个质点的力学问题，但不善于明确参照物的学生就非常容易出错，因为这里的参照物成了两个，而且这两个参照物的相对位置还在变化。如果参照物思想不牢固，一个质点的问题就容易迷失；若研究多个质点的问题，就更容易出现不知所措的情况。如果理解了相对运动问题，那么普通的大学物理中的相对论问题将迎刃而解，不成为问题了。
参照物思想是解决问题的前提关键所在，尽管有时候由于人们本身对问题情况非常熟悉而并不特意点出参照物的存在及意义，但参照物是无处不在的，不能被否认的，只要还描述问题，还和外界交流思想，参照物就是必须的、不可或缺的。同时从人文角度来说，只有建立人生期望值的参照物，才有努力奋斗的动力。在社会结构中，只有行为活动有了参照物，社会才能正常运转。
关键词 物理思想；力学；参照物
Physical Ideas in Reference Object of Mechanics//Chen Hongye, Liu Jin, Zhao Jianjun, Cai Yuping
Abstract The idea of reference object is the origin of the whole system in physical thoughts, and it’s the key point to solve all problems correctly. However this point was not emphasized in the act of general physical teaching. The importance of the idea in reference object was discussed in this paper.
Key words physical idea; mechanics; reference objects
Author’s address Department of Basic Science, College Ordnance Engineer, Shijiazhuang, China 050003
物理学的影响已经融入生活中的各个角落。即使当前，资源生存的竞争、军事斗争的需要也始终是物理学前进发展的一大因素。物理学之所以被公认为一门重要科学，不仅是因为它解释客观世界获得巨大成功，还由于它在发展建立过程中形成一整套独特而卓有成效的思想方法体系。其中，参照物思想是其整个体系的起点，也是能否正确解决问题的关键。没有参照物，就不能对物体进行正确描述，不能对问题进行正确分析，不能对规律进行正确应用，不能对问题正确求解，甚至不能知道问题到底是什么。由此可见，对参照物的体会不管有没有达到理论高度，正确体会其内涵是有必要的。在此，笔者对隐含在力学中的参照物思想所能反映的物理思想与方法进行总结和归纳。力学参照物思想主要体现在以下几个方面的教学内容中。
1 物体模型化中的应用
如对质点模型来说，同一物体能否视为质点完全取决于它的质量和质量多大的物体做比较，它的线度和多远的空间距离相衡量。也就是说，根据选取的参照物的不同，物体在有些情况下可以是质点，有些情况下则不能当做质点。同样，物体能不能视为刚体也是有要求的，这里的参照物体用来甄别物体在研究过程中的形变是否可以忽略不计。
2 物理量定义中参照物的影子
力学中以物理量有没有方向性作为参照标准分为矢量物理量与标量物理量。功、能量等物理量都是标量，其值只有大小之分，而无方向的考虑，定义这一类物理量，只需要一个参照物用于区别其大小就可以了。而另一类物理量如位置、位移、速度、加速度、力、动量、力矩、角动量等物理量均是矢量。相较于标量物理量，要完整地描述矢量物理量，除了描述出该物理量的大小，也要给出该物理量的方向，即要选取大小和方向两个角度的参照物。
3 物理规律应用中的参照物思想
物理规律的正确应用是正确解决物理问题的一个关键所在，一个规律、一个定理应用于什么领域、适用于什么情况，都是受得出该规律定理过程中限定好的前提所限制的。比如动量定理应用于一个质点还是一个质点系，其表现形式有着本质上的不同。初识物理的学生往往流于对物理规律的简单理解和肤浅印象而疏忽物理规律应用的前提、背景等相关知识。由于选错了适用性这个参照物，闹出似是而非的事情也就不难以理解了。如何将规律应用在正确的领域中，参照物思想的重要意义毋庸置疑。
4 物理问题确立中的参照物思想
研究涉及同一个物体的物理问题，具体从哪一方面入手，需要看问题中要解决的重点矛盾是什么。如研究钟能否被绳子挂起时，可将钟视为质点；若讨论钟沿悬挂点的摆动问题，可将钟视为刚体；若研究钟发出的声音问题，则应该从振动的角度入手。同样对于一个电子的研究，若考察其与其他带电体的相互作用力，可以从经典物理入手；若考察其被强大的电压加速后的动能，就有可能要考虑相对论因素；若从微观角度考察电子某时刻的位置，就必须要用到量子力学的知识。
5 数学运算中的参照物选取因素
物理问题中要应用相当多的数学基础。首先，从坐标系的角度来说，解决一个问题坐标系的选择和建立是不可避免的，不论是直角坐标系，还是平面自然坐标系，角量描述里都有单位的选择，有标准方向的存在，这些都是参照物的表象形式。物理教学活动中应该培养出学生正确选择坐标系的能力。
其次，解决一个问题可以选择不同的变量表述。如已知物体的加速度是位置的函数，在求速度与位置的关系时就可以尝试利用选取积分变量为位置以便于求解。
再次，有关积分运算中，由于经常求解某物体的状态，所以经常需要处理定积分，这就需要处理定积分的上下限，而定积分的上下限就是初始条件在数学运算中的体现，也就是参照物的化身。
6 解决复杂问题时参照物思想的优势作用
相比于其他领域来说，力学问题是最容易被熟悉的一个，这导致在学习力学时很容易忽略解决问题时要用到的严谨的科学思路。但当开始处理不熟悉的领域时，或者当在熟悉领域中问题复杂化时，有一个明确的参照物、明确的目标、明确的思路作参考是非常有必要的。如对于相对运动问题，尽管实质上还是处理一个质点的力学问题，但不善于明确参照物的学生就非常容易出错，因为这里的参照物成了两个，而且这两个参照物的相对位置还在变化。如果参照物思想不牢固，一个质点的问题就容易迷失；若研究多个质点的问题，就更容易出现不知所措的情况。如果理解了相对运动问题，那么普通的大学物理中的相对论问题将迎刃而解，不成为问题了。
参照物思想是解决问题的前提关键所在，尽管有时候由于人们本身对问题情况非常熟悉而并不特意点出参照物的存在及意义，但参照物是无处不在的，不能被否认的，只要还描述问题，还和外界交流思想，参照物就是必须的、不可或缺的。同时从人文角度来说，只有建立人生期望值的参照物，才有努力奋斗的动力。在社会结构中，只有行为活动有了参照物，社会才能正常运转。