高中物理与牛顿时空观

高中物理与牛顿时空观

汪旭

汪旭息烽县乌江复旦学校551104

摘要:用牛顿时空观去审视物理公式、分析问题；空间是独立于物体运动而独立存在的，对物体的运动状态没有影响；时间也是独立于物体及运动状态而存在的。因此学习物理的过程是将物理现象变成物理模型。由模型通过物理公式转化成等式的过程。理想化的物体，在理想化的环境中，完成理想化的运动。

关键词:强调基础——力学审视、分析、弊端过程式单体状态式理想化的模型明确公式的分工和作用

高中物理主要讲牛顿力学，从表面上看，电学多与力学，但大多数电学为力电综合。因此在学习中一定要强调基础——力学。用牛顿时空观去审视物理公式、分析问题。而不是用二十几个公式套物理题或者学习成绩好就做题，这是学习物理的弊端，那么什么才是真正的物理，什么是牛顿时空观？空间位移X；时间t是过程量，而速度v，加速度a是状态量。空间是独立于物体运动而独立存在的，对物体的运动状态没有影响；时间也是独立于物体及运动状态而存在的。所以时间，空间对物体的运动没有影响，一个提供场所；一个是计量时间，这就是牛顿时空观。

下面我们从牛顿时空观来看运动学的三个基本公式：

V=V0+at……①

V2-V02=2ax……②

X=V0t+·at2……③

V，V0，a是状态量，t是过程量，X是空间位移。有五个物理量。如果只涉及时间，不管空间就用第①个如果只涉及空间，不涉及时间就用第②个；如果时间、空间都涉及就用第③个。位移x对末速度没有影响，加速度才是改变物体运动状态的物理量，这就是物理公式的本质。然后运用知三求三，变成了数学计算。

同样我的以牛顿时空观来看力学的三大支柱：

一、牛顿第二定律：F=ma……④

二、动能定理：W=△Ek……⑤

三、动量定理：Ft=△P……⑥

其中牛顿第二定律不涉及时间和空间——反应状态；动能定律涉及空间是过程量（能量是状态量）；动量定理涉及时间过程（作用时间内的效果）。⑤式⑥式只含一个m，所以他们是单体公式；④可以是单体以可能是多体，它反映合外力瞬时效果——加速度；⑤反映合外力的空间效果——改变动量。它们分别反映合外力的三大效果；如果从初状态经空间（位移x）到达末状态——用动能定理；如果从初状态经时间t到末状态——用动量定理。而牛顿第二定律，没有空间，时间，只有状态是过程式。所以运动是由状态和过程组成的。对力和功，动能定理而言，是单体过程式，而机械能守恒包含初状态的能量，末状态的能量，所以它是状态式（对系统而言或多体）。而选修3-5中，动量定理——是单体过程式；动量守恒定理——是单体状态式。因此两个守恒定律是描述整体的。

审题时要知道是单体，整体，是状态还是过程（是时间过程还是空间过程）才能正确立出等式。所以我的认为物理公式是按时空描述的，是在分工的。

那么物理公式是描述什么的呢？——是描述物理模型的。因此学习物理的过程是将物理现象变成物理模型。由模型通过物理公式转化成等式的过程。怎么建模就成了学好物理关键的一个环节。比如说：匀速运动，现实生活中有匀速运动吗？——没有。按物体匀速运动的定义，如果没相2秒内的长度都一样，又不偏折，有吗？X=vt描述的是模型；所以要把实际的运动建成模型，而且是理想化的模型；再想一想，有匀加速吗？匀减速吗？——没有，有匀速圆周运动吗？——没有！再比如说：平抛运动，就受一个力（重力）。且一定是水平可能吗？——没有；质点，点电荷有吗？——没有。有平面吗？有匀强电场吗？——没有。那么我学物理学什么呢，又怎么构建模型呢？我认为是理想化的物体，在理想化的环境中，完成理想化的运动。

因此，用牛顿时空审视物理学的公式、分析实际问题，明确公式的分工和作用。据题意建立理化模型，依据物理公式列出等式，借助数学工具，才能把千百万化的物理情景和现象变成最简单的物理。