01 用图推导位移公式
人教版高中物理必修一第二章第三节的内容是“匀变速直线运动的位移与时间的关系”,其中位移公式的推导利用到积分思想的部分,放到了这一节后面的“拓展学习”里去了。这样的编写思想,似乎在告诉我们:我们只需要知道图的面积表示位移即可,不需要知道为什么。这似乎和数学课程有关,以前高中数学有学一点定积分,而新课标之后就只要求学微分了。
在“拓展学习”中的推导里面,涉及到一个重要的思想:每一个小矩形的面积,近似这一小段时间的位移。
有同学对这样的做法表示疑问:如果把时间轴和速度轴换一下,那么图线下的面积还能不能表示位移?
02 尝试释疑
之所以会出现这样的疑问,估计该学生是没有理解面积表示位移的原因。学生或许是这么想的:横坐标物理量与纵坐标的物理量相乘的结果,就是面积的含义。
其实,这么理解并不准确的。
下图左边的着色矩形面积的含义是:一小段时间内,速度近似看作不变,以这个速度运动小段时间,物体的微小位移。
展开剩余53%下图右边的着色矩形面积的含义是:从开始时刻到某时刻的那段时间,与速度的微小变化量的乘积,这个不是物体的微小位移。
用文字描述,弄不清楚什么意思,我们用表达式来理解一下:
左 右
显然,速度与时间变化量的乘积是位移,时间与速度变化量的乘积没有物理意义。
03 看另一个例
【题目】蚂蚁离开巢沿直线爬行,它的速度与到蚁巢中心的距离成反比。当蚂蚁爬到距巢中心的点处时,速度是。试求蚂蚁继续由点爬到距巢中心的点需要多长时间?
【思考】答案是。解这个题目,需要用到图线的面积。现在问题是,该用图线的面积,还是图线的面积?按照不正确的理解,不管是还是,结果是时间的倒数或者时间,都可以求出时间。但结果似乎并不是这样。对此你怎么看?欢迎发表你的看法。
04 题目出处
后面那道题来自小绿皮第一本第一章的例题。
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