黃軍

【摘? ? 要】關(guān)于速度復(fù)合的理解歷來(lái)有很多版本，各執(zhí)己見(jiàn)。筆者翻看查閱了眾多書(shū)籍資料，也盡如此。故寫(xiě)此文來(lái)對(duì)高中物理教學(xué)中關(guān)于速度復(fù)合部分進(jìn)行分析，并提出建議。

【關(guān)鍵詞】高中物理? 速度復(fù)合? 教學(xué)建議

中圖分類(lèi)號(hào)：G4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2019.16.017

物體間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，參考系間同樣存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)參考系若存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就需要研究同一質(zhì)點(diǎn)在兩個(gè)參考系間的運(yùn)動(dòng)學(xué)量之間的關(guān)系。我們?cè)谘芯抠|(zhì)點(diǎn)相對(duì)于不同參考系的運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系時(shí)，為了討論方便，就把其中一個(gè)叫做靜參考系，簡(jiǎn)稱(chēng)靜系，另一個(gè)叫做動(dòng)參考系，簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)系，而“靜”、“動(dòng)”參考系的確定，通常都是我們?cè)诮鉀Q問(wèn)題時(shí)根據(jù)具體需要來(lái)確定，靜和動(dòng)都是相對(duì)而言的，在解決問(wèn)題時(shí)即使將靜參考系和動(dòng)參考系交換了，也只會(huì)影響計(jì)算過(guò)程的繁簡(jiǎn)，最終的結(jié)果依然不會(huì)變。

在研究質(zhì)點(diǎn)在不同參考系中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先就要知道絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的概念，進(jìn)而再研究與其相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述。

絕對(duì)運(yùn)動(dòng)就是質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜系的運(yùn)動(dòng)，其對(duì)應(yīng)的速度就是絕對(duì)速度? ;把質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于動(dòng)系的運(yùn)動(dòng)叫做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中的速度就是相對(duì)速度? ? ? ;把單純由于動(dòng)系的運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜系的運(yùn)動(dòng)叫做牽連運(yùn)動(dòng)，而牽連速度  ?就定義為某瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)跟隨動(dòng)系一起運(yùn)動(dòng)而相對(duì)于靜系的速度，這一點(diǎn)的速度等于該瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)在動(dòng)系上的重合點(diǎn)跟隨動(dòng)系一起運(yùn)動(dòng)的速度。并且三個(gè)速度之間滿(mǎn)足? ? ? ? ? ? ? ? ，也就是說(shuō)某瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)速度等于其相對(duì)速度和牽連速度的矢量合，這就是相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的速度復(fù)合定理。

此處的絕對(duì)速度、相對(duì)速度、牽連速度不再是質(zhì)點(diǎn)在同一參考系中測(cè)得的速度，而是質(zhì)點(diǎn)在不同參考系中的運(yùn)動(dòng)速度，三個(gè)速度之間的關(guān)系其實(shí)體現(xiàn)的就是同一物體相對(duì)于不同參考系的速度變換關(guān)系，它是在假定在兩個(gè)參考系中所觀測(cè)到的空間距離和時(shí)間間隔不會(huì)因參考系之間的這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生差異的情況下推出的。

一、高中物理教學(xué)中關(guān)于速度復(fù)合的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)

通過(guò)前文的介紹我們知道，質(zhì)點(diǎn)在不同參考系中觀測(cè)到的速度之間的關(guān)系滿(mǎn)足速度復(fù)合定理，即絕對(duì)速度等于相對(duì)速度和牽連速度的矢量合。但在高中物理教學(xué)中對(duì)速度復(fù)合還存在一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，首先就是與速度的合成搞混淆了，認(rèn)為兩者是等同的。

比如，在《也談?dòng)美K拉船靠岸的船速問(wèn)題》一文中有這樣一段話(huà)：“在解質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中運(yùn)用的所謂“速度合成與分解方法”有兩種含義，第一種是只在一個(gè)參考系中，運(yùn)用速度的矢量性，將速度矢量按平行四邊形法則合成與分解;而第二種就是指在兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中，運(yùn)用相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的速度關(guān)系求解”。這里就將二者誤當(dāng)成一回事，然而像這樣的理解還有很多。

如教學(xué)中在講解運(yùn)動(dòng)的合成與分解時(shí)常常會(huì)用船渡河或相似模型作為引入，但實(shí)際上船渡河問(wèn)題是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。然后，在對(duì)速度復(fù)合定理中的牽連速度的理解也欠妥，有些物理老師和一些書(shū)上在定義牽連速度的時(shí)候就簡(jiǎn)單地說(shuō)成“牽連速度就是動(dòng)系相對(duì)靜系運(yùn)動(dòng)的速度”，而根據(jù)前文中對(duì)牽連速度的定義就可知這種說(shuō)法是不正確的。

二、高中物理教學(xué)中關(guān)于速度復(fù)合錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的原因之分析

針對(duì)高中物理教學(xué)中將速度復(fù)合與速度合成當(dāng)成一回事，不做區(qū)分，造成教學(xué)錯(cuò)亂，就是因?yàn)閮烧唧w現(xiàn)的都是速度之間的關(guān)系，并且在經(jīng)典力學(xué)中兩種合成具有相同的形式，才導(dǎo)致在教學(xué)中誤把它們等同起來(lái)。

同時(shí)，教學(xué)中將牽連速度理解為動(dòng)系相對(duì)靜系的速度也是不正確的，因?yàn)樗俣葟?fù)合定理中的絕對(duì)速度、相對(duì)速度、牽連速度都是同一質(zhì)點(diǎn)的速度，只是分別是在不同參考系中觀測(cè)到的。

絕對(duì)速度是質(zhì)點(diǎn)相對(duì)靜系的速度，相對(duì)速度是質(zhì)點(diǎn)相對(duì)動(dòng)系的速度，而質(zhì)點(diǎn)在動(dòng)系上的瞬時(shí)重合點(diǎn)的速度就等于質(zhì)點(diǎn)的牽連速度， 是質(zhì)點(diǎn)跟隨動(dòng)系一起運(yùn)動(dòng)相對(duì)于靜系的速度。但因?yàn)樵谥袑W(xué)遇到較多地情形是牽連運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)，平動(dòng)時(shí)剛體上各點(diǎn)的速度都一樣，這時(shí)對(duì)重合點(diǎn)的體現(xiàn)不夠明顯，所以就含混地認(rèn)為牽連速度就是動(dòng)系相對(duì)靜系的速度。正是因?yàn)閷?duì)這些基本概念的忽視，才造成教學(xué)中對(duì)速度復(fù)合的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，以致教學(xué)效果受到影響。

三、關(guān)于速度復(fù)合的教學(xué)建議

教師在教授相對(duì)運(yùn)動(dòng)知識(shí)時(shí)，由于教材中并未安排相關(guān)內(nèi)容，加上高中學(xué)生認(rèn)知水平有限，因此老師在教學(xué)中應(yīng)該更仔細(xì)，可以將其作為一個(gè)專(zhuān)題進(jìn)行介紹，同時(shí)結(jié)合相關(guān)習(xí)題講解。下面就是筆者提出的關(guān)于速度復(fù)合教學(xué)的幾點(diǎn)建議：

（1）注意強(qiáng)調(diào)速度復(fù)合定理中的絕對(duì)速度、相對(duì)速度、牽連速度分別是物體在彼此間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)參考系中觀測(cè)到的速度，與速度合成中的合速度與分速度不相同。

（2）教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到牽連運(yùn)動(dòng)是單純由于動(dòng)系的運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜系的運(yùn)動(dòng)，而不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為牽連速度就是動(dòng)系相對(duì)靜系的速度，對(duì)牽連速度應(yīng)加以正確地認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]速度復(fù)合定理：一般力學(xué)書(shū)上稱(chēng)為速度合成定理，本文為了與速度合成區(qū)分，故重新取名為速度復(fù)合定理。

[2]程達(dá)三，劉興來(lái).也談“用繩拉船靠岸的船速問(wèn)題”[J].工科物理，2000，（4）：29-34.

[3]楊勇.論質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、牽連運(yùn)動(dòng)[J].科教文匯，2014，（295）：49-50.