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高中物理教师常犯知识性错误及其辨析(一)           ★★★ 【字体:
高中物理教师常犯知识性错误及其辨析(一)
作者:佚名    文章来源:网络    点击数:157    更新时间:2018-3-20    

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1、以为运动的分解与合成的理论基础为:运动的独立性原理,或者相对运动

[辨析]运动的描述,用位移、速度、加速度等矢量来描述是方便的,矢量即可按平行四边形定则分解,即有分位移、分速度、分加速度等概念,这不需要所谓运动的独立性原理作为基??;而运动的独立性原理实际上算不得什么原理,而是一个适用范围极窄的结论而已;相对运动涉及参考系变换问题,有伽利略变换和洛伦兹变换等,伽利略变换与矢量合成的平行四边形定则有一定的关系,而洛伦兹变换则与矢量合成的平行四边形定则就差得很远。

 

2、以为交变电流的电流有效值与电压有效值乘积,就是交变电流的功率

[辨析]交变电流有效值,是让交变电流通过定值电阻后,由定值电阻的热效应来定义的,因此,对纯电阻电路而言,电流有效值与电压有效值乘积就是该电路的平均功率;然而,对理想电感、理想电容或理想二极管而言,电流电压相位差为π/2,平均功率P=IUcosπ/2=0,因此电流电压有效值的乘积并不是交变电流的功率;对于包含了各种元件的电路,电流电压相位差φ取一般值,则交变电流的平均功率为P=IUcosφ。

 

3、以为引力(重力)、静电力对某个物体做的功,就等于这个物体重力势能、电势能的变化

[辨析]一对相互作用力(场力)的功,才等于相互作用体系势能的变化量,而不是其中一个力的功对应势能的变化;比如,平行板电容器中固定有一点电荷,移动其中一个极板时,尽管电场力对点电荷未做功,但是,点电荷与电容器极板共有的电势能还是发生了变化,因为点电荷的电场对极板做了功,相互作用力总功不等于零。

 

4、以为动力必定做正功,阻力必定做负功

[辨析]立定起跳,地面支持力是人起跳速度增量的动力,但是,地面支持力直接作用在脚上,脚离地之前没有位移,离地之后又没有了支持力,故地面支持力对人并不做功;再比如,光滑水平地面上,用手将球水平推出,人必将水平后退,球给人手的反作用力是人体后退的动力,但实际上球对人是做负功的,因为手随球在向前移动。实际上,功的正负并不是反映力是整个物体运动的动力还是阻力,而是反映能量转化转移方向,推球模型里,球对人做负功,将能量拿来(离开人体),手对球做正功,将能量送走(着落于球)。

 

5、以为绳连接的两个物体沿绳方向加速度相等

[辨析]只有当把绳连接的两个物体速度垂直绳、沿绳正交分解时,两物体沿绳方向分速度才相等;斜交分解时,就不相等。而即便是垂直绳、沿绳正交分解,两物体的加速度也不一定相等,最简单的例子是固定悬点下的单摆物体与悬点(天花板),悬点静止,无加速度,但是单摆物体既有径向加速度,即两者沿绳方向加速度不相等。

 

6、以为内能不可以为零,动能、弹性势能不可能为负值

[辨析]能量的具体数值,取决于能量零点的规定;通常规定相互作用力为零时为系统势能零点,物体相对参考系速度为零时动能为零,然而,也可以规定任意其他状态势能、动能为零,则大于零值的能量为正,小于零值的能量为负,这在势能那里是显而易见的,在原子分子能量那里也是显而易见的;内能的具体数值,一样取决于能量零点的规定功能关系,实际上只能确定能量的变化量,能量的数值,只有规定了零点后,才有具体的数值。

在此特别说明一下动能问题:由牛顿运动定律,可得,结合动能定理表达式,似乎可得动能表达式为,然而动能表达式也可能是,即:。公式中,v取零时,得到物体速度为0时的动能为E0。这个的数值E0可以规定为0,也可以规定为一个非零值,但是由可以看出,E0是动能的最小值,不可能还有比E0更小的动能了。

 

 

7、以为打击碰撞爆炸问题中,系统动量近似守恒

[辨析]系统动量与内力没有任何关系,即便内力远大于外力,系统动量也只与外力冲量有关,只要系统外力的冲量对系统总动量来说不可忽略,系统动量就不可以说近似守恒;实际上,在内力远大于外力时,对相互作用系统中任意一个物体而言,内力的冲量都远大于外力的冲量,因此,如果我们不在意系统外力对各个物体的冲量,也不在意系统总动量时,我们就可以将各个物体的动量定理方程(忽略了外力的冲量)相加,得到一个与动量守恒相似的方程,不过,这个方程中的各个物体的动量之和,并不是系统总动量,系统总动量的变化只与外力有关

 

8、以为牛顿第一定律不过是牛顿第二定律的特例——物体所受合力为零的特例

[辨析]牛顿第一定律定义了惯性运动(匀速直线运动)和力(改变速度的原因),才有牛顿第二定律进一步定量定义力和惯性的大小,并进而定量研究力和惯性大小对运动的影响;没有牛顿第一定律,就无所谓力与惯性,就没有整个动力学(牛顿第二定律为核心)。

 

9、以为液体的压强是由液体的重力产生的

[辨析]压强是压力产生的,压力是电磁力(弹力),不是万有引力(重力);比如,用活塞将一定量的水封闭于水平针管内,用力挤压活塞,水的压强增大,但是,水的重力并不变,这就排除了压强与重力的直接关系。水的压强是分子力、分子撞击力的表现,是弹力(电磁力);在静水中,水的压力与重力可以达到平衡,因此,可以用重力间接计算水的压力,进而计算水的压强。

 

10、以为光电效应发生的条件是入射光频率超过截止频率

[辨析]对于普通光源而言,入射光频率高于截止频率,才可能发生光电效应,因为光子数密度太小,原子同时吸收多个光子概率极低;然而,对于强激光来说,光子数密度就会很大,原子同时吸收多个光子的概率大大增加,就会出现多光子光电效应,这时,即便光子频率低于截止频率,也可以发生光电效应。

 

11、以为物体受力做变速运动时,物体的惯性不起作用

[解析]物体不受力时,惯性使物体速度保持不变;物体受力时,惯性使物体的速度只能渐变不能突变。即:惯性是物体抵抗运动状态改变的性质。牛顿第二定律定量的表达了力的大小、惯性的大小对物体速度变化的影响。

 

12、以为重心和质心是同一个概念

[辨析]质心——质量分布均匀的物体,质心在几何中心,但是,重心一般却不是——重心的位置还与重力场强的分布有关,对于匀强重力?。ㄐ》段诘囊Τ。?,重心与质心重合,非匀强重力场中,重心与质心分离——例如,两个质量相等的球体竖直排列在一条地球半径线上,两球间距与地球半径可比拟,则重心在质心(中点)下方,因为下方引力场强一些。

 

13、以为串反并同”“增缩减扩、来拒去留等二级结论无条件成立

[辨析]动态电路问题中,串反并同对路端电压有适用条件——当电源内阻不计时,路端电压(与电源并联电压表示数)不随外电阻变化;对于电磁感应现象中的增缩减扩”“来拒去留等结论,也只适用于单向磁场情况,对双向磁场,恰恰是增扩减缩”“来迎去分;再就是自由通电导线转动问题,如果自由导线垂直固定导线,在固定导线一侧且同平面,则自由导线将转到两导线中电流方向相反的方向,而不是相同方向。

 

14、以为验证力的平行四边形定则、探究加速度与力、质量的关系、探究合力的功与物体速度变化的关系、验证机械能守恒定律等实验真的是在验证或者探究

[辨析]力的数值定义——质量和加速度的乘积,加速度是矢量,满足平行四边形定则,因此,力自然而然满足平行四边形定则,这并不需要实验验证;按力的定义可知,在物体质量可视为不变时,加速度当然与力成正比,另一方面,质量的操作定义实际上是基于牛顿第三定律和第二定律,因此,加速度与质量成反比,也是质量定义的自然而然的结果,所谓探究,毫无理论意义,而且,重力由质量与自由落体加速度乘积计算,这本身就是在用牛顿第二定律,所谓探究实验,是循环论证;牛顿运动定律加运动学,就可以推导出机械能守恒定律,那么,验证机械能守恒定律的实验中,需要用到重力——质量与自由落体加速度的乘积,也就是用到了牛顿定律,另一方面,动能、重力势能的表达式就是根据功能关系而定义出来的,而功能关系本身其实就是能量守恒定律,那么,验证机械能守恒定律的实验,从头到尾都不过是忽悠而已。

 

15、以为洛伦兹力表达式为f=qv×B,与电场无关,且不做功

[辨析]洛伦兹力表达式实际上是f=qv×B+qE,电场和磁场本就是一体的,电场力磁场力也是同一个力——洛伦兹力的两个部分,参考系变换时,这两个部分就会相互关联的变化,实际上是无法将二者分开的;磁场力(合力)的确不做功,但是电场力是做功的,另一方面,磁场力的分力是可以做功的,不过是一正一负总功为零——电动机、发电机问题中,安培力就是磁场力一个分力,安培力是要做功的,磁场力的另一个分力就是电动势或反电动势,也是要做功的。

 

16、以为库仑测定了静电力常量

[辨析]库仑实验主要得出的是距离平方反比律,至于静电力与电荷量乘积成正比,则是类比推理的结果(即库仑所做的一个假设),库仑提出的表达式就是F=q1q2/r²,即高斯单位制的形式,静电力常量的影子都没有——静电力常量实际上是国际单位制基础上,由另外几个常数推算出来的,那就是光速、真空磁导率等其实,库仑那个时代,电荷量既没有单位,也无法定量测量,库仑就更不可能测定那个比例系数了。

 

17、以为非静电力真的是力

[辨析]非静电力有不同的来源:在化学电池(干电池、蓄电池)中,非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用;在温差电源中,非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用;在一般发电机中,非静电力起源于磁场对运动电荷的作用,即洛伦兹力;变化磁场产生的有旋电场对处于该电场中的导体内的自由电荷的电场力也是一种非静电力。洛伦兹力、电场力叫做力,无可厚非,然而扩散作用呢?溶解沉积作用呢?光伏效应呢?力,其实只是一个方便的词而已,电动势,本质上讲,还得从能量角度来定义,而不是力,力的概念(产生加速度)实在是有很大的局限性啊

 

18、以为温度相同的两种物质,分子热运动的平均动能就相同

[辨析]分子动能包含分子平动动能、转动动能、振动动能;按能量均分定理,分子的每个自由度分得同样大小的能量kT/2;对于单原子分子,只有三个平动自由度,因此分子平均动能为3kT/2;但对双原子分子,还存在转动自由度和振动自由度,经典理论分析的结果是7kT/2,但实际上,量子力学分析结果是:温度较低时,有一些自由度被冻结,分子平均动能接近5kT/2,随着温度升高,冻结自由度解冻,Ek=ikT/2i5逐渐增大,最大值为7,这时温度已经很高了那么,温度相同,不同物质的分子自由度数目若不相同,分子平均动能Ek=ikT/2i的取值就会不同,因此,分子平均动能就会不同。

 

19、以为电能是沿导线从电源传输到用电器的

[辨析]按电磁学理论,电磁场中能量流动方向和快慢,可以用坡印廷矢量(能流密度)S=E×H来描述,基于电路接通后导线内外的电场强度、磁场强度的分布,而容易得出,能量从电源传输到用电器,是从导线外的电磁场进行的,而且,用电器处能流密度直接垂直指向用电器,而导线附近,导线电阻可以忽略不计时,能流密度矢量几乎平行导线(能量不流入导线);之所以开关一闭合,用电器就立即工作,实际上就是能量是以光速通过导线外的电磁场传输到用电器的。

 

20、以为自感电动势的大小是由电流对时间的变化率和自感系数决定的

[辨析]由法拉第电磁感应定律,可得自感电动势的大小自感系数与电流对时间的变化率的乘积,自感电流等于含自感电动势的欧姆定律来确定;然而,实际情况是,比如说断电自感现象中,电路中原来的电流和电路总电阻已知确定的情况下,由于自感电动势要维持电流从原来的值逐渐变化,因此由闭合电路欧姆定律可知,E0=I(r+R),即自感电动势的大小实际上取决于原来电路中的电流和线圈回路总电阻,回路总电阻越大,由焦耳定律可知,能量耗散越快,线圈中的磁场能减小越快,即线圈中电流变化越快若线圈回路直接断开,回路总电阻无穷大,则会导致自感电动势无穷大,极易出现开关处电弧放电现象(电压太大,空气击穿放电)。通电自感现象稍复杂一点儿,但情况类似,自感电动势的大小取决于原来的电流和电路中的总电阻及其他电动势。

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