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关于牛顿第一运动定律(高中)的教学

时间:2007-6-15栏目:综合教育论文

> 摘要:本文从几个角度表明了现行高中物理教材中关于牛顿第一定律教学的一些问题,提出了一些新的观点与方法

关键词:自然观 、方法论 、惯性

一、关于历史与内容

  课本上将这一节(1)的内容分成两个部分,即将牛顿第一定律的内容与建立牛顿第一定律的历史区分开来。作者的这一增加学生的科学历史观的企图无疑是正确的:“作为思想形式的自然科学,存在于且早已存在于一个历史的连贯性中,并且为了自身的存在,它依赖于历史思想……一个人除非理解历史,否则他就不能理解自然科学(2)”。可是,另一方面,在作者看来,这样一种对课本内容的划分是有疑问的。最起码的是,这种划分把牛顿第一定律当成一个不变的、终结性的东西。对牛顿之前,讲了从亚里士多德以来的两千年的历史,而对牛顿之后却什么也不讲,这就使学生对牛顿第一定律的领悟有一种僵化的感觉。作者认为,在牛顿第一定律的历史与内容的关系中至少要考虑到下面两个问题。

第一,课本上引述了一段亚里士多德的话:“必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要静止下来。”对于这样的一种写作方式与引述的这样一段内容,作者不敢苟同。从写作方式上而言,作者认为,我们应当对在人类历史长河中有卓越贡献的人物的论述是肯定性的。要是在教科书中纯粹来论述否定性的人物或否定性的结论的话,那何必要用亚里士多德来开刀呢,人类历史长河中这类人物简直是多得不计其数。或许,这种陈述方式是来自于思想界的习惯。真像黑格尔所说(3):“亚里士多德乃是从来最多才最渊博(最深刻)的科学天才之一,——他是一个在历史上无与论比的人……虽然他许多世纪以来乃是一切哲学的教师,但却从没有一个哲学家曾被完全没有思想的传统这样多地歪曲过,这些关于他的哲学的传统的说法,过去一直被保持着,到今天情形还是如此。人们把与他的哲学完全相反的观点归之于他。柏拉图的著作被广泛地阅读,亚里士多德则直到最近几乎还未被认识,所流行的乃是关于他的一些最错误的偏见。”

从内容上而言,事实上,课本上引述的亚里士多德的话,同亚里士多德关于力和运动关系的论述是有出入的。关于这一个问题,由于太过于复杂,作者将另文论述,只是在这里需要指出:亚里士多德关于力与运动方面所论述的原义和这里大相径庭;我们应当在古希腊哲学的背景中去领会亚里士多德关于力与运动关系的论述;或者可以更直截了当地说,亚里士多德根本没有讲过引文中的话!(4)

仍然,我们通常认为经典力学起源于人们对于亚里士多德物理学的批判。但从历史的观点来看,经典力学毫无疑问与亚里士多德物理学及中世纪物理学有着紧密的关系。因而,我们不能用非此即彼的态度来给真实而复杂的历史下一个粗暴而简单的结论。

  另外一点需要特别指出的是,根据作者的研究,由于牛顿第一定律与牛顿第二定律有本质的区别(5)。与牛顿第一定律的发展有历史渊源的亚里士多德物理学中的内容不是力与运动的关系(事实上这是与牛顿第二定律的发展有历史渊源的),而是亚里士多德关于“天然运动”(6)与“天然处所”的观点。当然,这一点对一般的读者来说可能太为难了,但作者有责任指出这一点。事实上,我们从牛顿所列举(7)的关于牛顿第一定律的例子中就可看到这一踪迹。

第二,惯性定律是人类理性在两千多年的历史长河中发展的产物,它不仅在牛顿之前经历了曲折的发展历程,在牛顿之后也有了很大的发展。在这里特别一提的是爱因斯坦与诺特尔对惯性定律的发展所作出的创造性工作。特别是爱因斯坦在创建了广义相对论以后,使得惯性定律变得更有包容性:“物理学定律比牛顿所想象的情况简单得多。我们不需要对偏离惯性定律的情况作出解释。因为根本不存在偏离惯性定律的情况,所有运动都是惯性运动,所有物体完全沿着时空的自然等直线运动。这些等直线的形状则取决于对这些等直线进行观测所处的参照系。在惯性参照系中,等直线碰巧是直线。在其他参照系中等值线为曲线。在惯性参照系与其他参照系之间不存在任何实质的区别,也没有物理学上的区别,而只有几何学上的区别。在所有参照系中物理定律都有一样,而且所有运动都是惯性运动。”(8)
关于牛顿第一运动定律(高中)的教学 来自: 第一范文

爱因斯坦将惯性定律表达成:“一个质点离开其他一切质点都足够远时,它的加速度的各个分量就消失了。”(9)显然,这种我们看起来比较特殊的表达方式受到了卡尔·皮尔逊的极大影响:“第一定律被视为相当于这样的陈述:周

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