為了防止孩子到了高中後因物理學不懂而受罪受折磨,這幾年,我就一直做著準備:不斷想法設法培養孩子的運動興趣與運動能力。
為了培養孩子的運動興趣與運動能力,我們甚至冒著孩子考不到重點高中的極大風險:買了雪場的季卡,初三兩個月寒假跟往年寒假一樣,孩子也是以滑雪運動為主。
滑雪運動不僅僅提高了孩子的運動能力與運動興趣,而且提高了孩子跟他人溝通交流的能力:當與他人對滑雪技術的看法不一致時,起碼不會自以為是地不假思索一下子否定對方的,起碼會試一試他人所說的後再做評判的。
尊重他人,也包括尊重他人的觀點,這個應該也是人的一項基本修養;同樣,也要能辨別自己的觀點不受尊重時的情形。
不尊重一個人的觀點,能算是尊重這個人嗎?
我始終認為,對絕大多數普通資質的孩子來說,要想學好高中物理,就要多「運動」,因為高中物理開篇就學「運動與力」。 愛運動都不一定能學好「運動」,何況不愛運動呢?要是學不好「運動與力」,就可能學不明白「功與能」,後面的「光學電學熱學原子學」,都是研究能的,這些都是為了提高「社會生產力」的能,就有可能學不明白了。
有什麽樣的觀點,就會有什麽樣的行為。 正是因為我有這樣的認識,所以五一假期第一天,我就帶孩子去泵道上玩滑板(陸地沖浪板)了。
我給孩子錄了不少像,記錄著孩子滑每一圈所用的時間。
相比去年秋天,這次孩子滑完一圈,能快一秒左右。我就跟孩子說:「是地面給的向前的靜摩擦力讓滑板加速的,只要加大靜摩擦力,就會更快的。」
想要加大地面給的朝前的靜摩擦力,就得提高切換板刃的頻率,就得加大蹬板子的力量。
根據牛頓定律,力是改變物體運動狀態的,不是維持物體運動狀態的。運動狀態有沒有改變,透過速度這個參數就知道了。 既然滑一圈比去年快了一秒,就說明速度變了;既然速度變了,就說明運動狀態變了;既然運動狀態改變了,自然是受力了;既然是向前加速了,自然是受到向前的力(淨外力);既然滑板受到向前的力了,自然是地面給的了。
人相對於滑板,就如人相對於自由車,就如發動機相對於汽車。
顯然,滑板只有受到了向前的力,才能向前加速啊!
任何物體,能夠向前加速,一定是受到了向前的「推力」,不然,不可能向前加速的,可以說這是個基本的物理常識了。地面上的物體是如此,水裏面的物體是如此,空中飛的是如此,太空也是如此,就連落月與從月球返回,也是如此。
我覺得這就是個物理常識,說給孩子不會錯的,不會誤導孩子的。
但是,一位從教22年的高三物理老師,看到我寫的文章後,說我說錯了:滑板車怎麽可能受到地面給的向前的靜摩擦力呢?受到的應該是地面向後的滑動摩擦力。腳蹬滑板車,人蹬地後站在滑板上,就是靠慣性前進,怎麽可能受到向前的靜摩擦力呢?
這位老師也是不客氣:先覺得我不應該寫物理知識方面的文章,再就是說什麽「水物理」,然後才說我具體哪裏錯了。
也就是說,這位物理老師先批評指責我,然後才拿出具體原因。
我就覺得奇怪。
明明我說的是泵道上的滑板,怎麽就變成了這位老師眼裏的滑板車了啊!
滑板車能否在泵道上玩,我不知道,我也沒有見過誰在泵道上玩滑板車,但滑板車加速是靠腳蹬地,腳向後蹬地,地面會給腳向前的靜摩擦力,等人與滑板車有了速度後,人再站上來。 在地面上沒有持續動力來源靠慣性前進的物體,怎麽可能加速呢?
滑板車與在泵道上玩的滑板,根本就是兩回事:泵道上玩的滑板,也叫陸地沖浪板,不用腳蹬地就可以加速前進的。陸地沖浪板不僅在平地上可以加速,還可以上長距離的小坡的。
「不知者不為過」。我覺得是這位物理老師搞錯了滑板與滑板車,很可能也不清楚泵道,才得出了這種過於主觀的看法。於是我就跟這位老師先確認他說的是滑板車還是滑板,因為就我說知,沒有人將陸地沖浪板稱作滑板車的。
我以為這位老師經過我這麽一提醒,會自覺他說的滑板車與我說的滑板可能是有區別的,或者會跟我確認一下泵道等「物理場景」的。
不成想,這位老師有些生氣了:滑板車與滑板,這麽簡單的事情我還會搞錯嗎?
既然他不會搞錯,那就是我搞錯了。但我卻確實知道我們在泵道上玩的滑板不是這位老師說的靠腳蹬地前進的滑板車啊!
我當然知道滑板車的受力如這位物理老師所言,也因為知道滑板不是滑板車,也就知道這位老師說得不對了。
只是,由於這位物理老師始終覺得我說的滑板就是滑板車,所以就沒法繼續溝通了。
我確實沒有想到一位高三物理老師怎麽會這樣呢?怎麽如此自負呢?怎麽不會就事論事呢?即使我錯了,也不能上來就批評指責啊!
這讓我不由得覺得,「應試教育」下篩選出來的一些「高級知識分子」,基本上都有一個缺陷,就是做不到「不卑不亢」,做不到「就事論事」,做不到「具體問題具體分析」,習慣「自大自負自以為是」,習慣「好為人師」,習慣「主觀判斷想當然」。
這位高三物理老師,畢業於某地的一所師範院校,而且是物理系畢業。
我最理解不了的是:為什麽這位物理老師如此相信自己的判斷呢?為什麽在我反復說我們在泵道上玩的滑板不是他所認識的滑板車後就是不聽呢?難道這位物理老師會始終認為我分不清滑板與滑板車嗎?
「人非聖賢,孰能無過」。我覺得即使我在文章中有些地方說錯了,也不至於受到這位物理老師的如此這般的指責批評啊!這樣的物理老師,我不知道假設他的學生將題做錯了,他會怎麽說呢?更何況,是他搞錯了: 我說的是馬,他卻以為我說的是驢,然後說我說錯了,說我誤人子弟了。
我覺得這樣對待錯誤的物理老師有些過分,有些不應該,畢竟物理就是物質世界的道理,不是個人觀點,所以一些物理道理還是可以說清楚的。
於是,我就將這位物理老師的主要評論以及我的主要回復,寫了一篇文章。
不成想,這篇文章可能因為標題的原因,許多人來圍觀。
本來以為,這麽簡單的物理常識,是很容易搞清楚的,但現實卻直接狠狠地打了我的臉。因為 不只是那位高三物理老師說我說的滑板就是滑板車,還有很多人是這麽認為的。既然是滑板車,就不可能有驅動輪的,怎麽可能受到地面給的向前的靜摩擦力呢?怎麽可能像自由車與汽車那樣呢?
我的天啊。
如果不是受到地面給的向前的靜摩擦力,滑板(陸地沖浪板)怎麽可能向前加速呢?怎麽可能克服重力上坡道呢?
即使我再解釋說我說的滑板(陸地沖浪板)不是靠腳蹬然後靠慣性前進的滑板車,也絲毫沒有用。
我說的滑板(陸地沖浪板),最多剛開始用腳蹬一下地,然後就不用蹬地了,期間是可以隨時加速的。就跟自由車之所以能前進,是人蹬腳踏,帶動後輪,後輪受到地面給的向前的靜摩擦力一樣。
但就是沒有人聽,更多的物理老師也加入了討論。
有懂滑板的人,說帶方向輪的滑板(陸地沖浪板),能加速就是因為受到地面給的斜向前的靜摩擦力。
另外一位高中物理老師,起初也以為我說的是那種兒童玩的滑板車,經過我解釋後,在知道了陸地沖浪板的結構後,也就覺得滑板是受到了斜向前的一個力,不然不可能加速的。
是啊,沒有向前的力,或者準確點沒有受到向前的力,滑板(陸地沖浪板)怎麽朝前加速前進啊!
任何能在平地上加速向前的物體,不都是因為受到向前的力嗎?沒有受到向前的力(淨外力),怎麽可能改變運動狀態呢?
於是,我就覺得我關於滑板(陸地沖浪板)之所以能加速的定性判斷沒有錯,也就不願意再討論了。如果這一點錯了,那確實是誤人子弟了。不過,我當時在文章裏面說的滑板受到向前的靜摩擦力做功,顯然是不對的。
「樹欲靜而風不止」。我覺得沒有必要再討論這個「簡單」的問題了。但是,一位三十年前考上清華物理系的仁兄,繼續不依不饒地跟我「爭論」:這位清華物理系昔日的高材生,覺得我小看了他,覺得我在說他孤陋寡聞沒有見過陸地沖浪板,覺得我不尊重那位高三物理老師,覺得陸地沖浪板因為沒有驅動輪所以不可能受到地面給的向前的靜摩擦力的。
這位清華物理系畢業的仁兄,始終覺得滑板之所以能加速向前的原因,不是因為受到地面給的向前的靜摩擦力,是因為人的重力勢能轉換成了水平方向的動能。
我的天啊。
我驚訝極了。
甚至這位清華物理系畢業的仁兄,不認可「在水平地面上能加速向前的物體,是受到了向前的力」這個基本的物理常識。
我跟這位清華物理系畢業的高級知識分子反復說: 從能量角度能解釋清楚的力學問題,一定可以從「運動與力」這個角度來解釋的,因為這兩個角度,本質上是一樣的。
能量角度,無非是「運動與力」這個角度,穿了品質這個馬甲而已。「人靠衣裝馬靠鞍」,總不能衣裝不同鞍子變了,人與馬的本來面目就變了吧!
這位高級知識分子,也試著從「運動與力」角度說理:重力可以分解到「水平向前的方向」……滑板之所以可以向前加速,是因為重力可以分解到水平向前的方向上。
他這麽一說,我就覺得這位真是「顧前不顧腚」啊:根據力的合成與分解法則,重力確實可以分解到水平向前的方向上的,但另外一個分力方向呢?不管將重力如何分,這兩個分力在水平方向上的合力,不是依然為零嗎?既然分來分去在水平方向上的淨外力依然為零,說明重力不可能改變水平方向上的運動狀態啊!
不要說上過清華物理系的人了,就是上過高中物理的不少人,都知道受力分析的,都知道運動狀態的改變,是淨外力的結果。
但我們這位清華物理系畢業的高級知識分子,就是不同意。好在經過我這麽一說,他可能明白了將重力分解到水平方向上這種說法是不妥的。
我以為他會重新審視一下的:在平地上能加速向前的滑板,不靠腳蹬,能快能慢,跟自由車與汽車一樣的一個東西,在加速時,不會受到地面給的向前的摩擦力嗎?如果摩擦力真朝後,那麽,是不是在冰面上可以玩呢?
但沒有人在冰面玩陸地沖浪板的。即使有一些勇敢者玩,玩的時候也是玩「漂移」,玩的時候將輪子換成「冰刀」的。
這位清華物理系畢業的高級知識分子,始終堅持他的觀點,始終覺得從勢能與動能角度分析沒有問題,從運動與力角度分析不來的。
大概是因為這位清華大學物理系畢業的高級知識分子,自視甚高的原因吧,知道我不是物理科班出身後,也就當起了「教師爺」:給我講了兩個模型。
一個模型就是桌球從三角滾軸斜面滑下來,一個模型就是滑輪溜冰(旱冰鞋)。
這兩個模型,他都是從勢能與動能轉換角度來解釋。
我都說過了,從勢能與動能轉化角度解釋得出的結論,跟從運動與力角度解釋得出的結論,是完全一致的;如果不一致,那麽勢能與動能的解釋,大多數情況下不對,因為運動與力是基礎。
或者說,先有運動與力,再有功與能的。
令我頗感意外的事情是,這位清華物理系畢業的高級知識分子,竟然不清楚速度,加速度以及位移之間關系的一個運動公式。這個公式只要考慮品質,就是赫赫有名的動能定理了!
這裏不妨重溫一下這些公式。
v1² - v0² = 2ax,期中 v1 是勻變速直線運動的末速度,v0 是 勻變速直線運動的初速度,a 是加速度,x 是位移。
如果在上面這個公式兩邊同乘以品質,就會變成: mv1² - mv0² = 2max。
ma是什麽呢?由牛二定律可知,f = ma。
所以上面那個式子就可以變形為:
mv1² - mv0² = 2fx。
fx為什麽呢?fx不就是功嗎?
那 mv1² - mv0² = 2fx 是什麽呢?兩邊同除以2,就成了(1/2) mv1² - (1/2) mv0² = fx。這 不就是動能定理了嗎?不就是淨外力做的功,等於物體動能的變化量了嗎?
透過這個推導,就可以明白動能大小為什麽定義為 (1/2)mv² 而不是 mv² 了。
所以,運動與力,跟功能轉換本質是一模一樣的。
只是,這位清華物理系畢業的高級知識分子,卻將這二者看成是兩個獨立的東西。不僅如此,當我說出 v1² - v0² = 2ax這個基本的運動公式後,他好像不太懂,或者是忘了,他以為是我自己推匯出來的。我只好提醒他讓他在他家高一寶貝的物理必修第一冊書裏面去看。
我不得不以「小人之心度君子之腹」啊:
看來這位仁兄力學中「運動與力」部份有漏洞啊,得回爐回爐了。
自然而然,我認為滑輪溜冰可以向前加速的原因,是因為腳向後一蹬,滑輪溜冰受到腳給的一個向後的力,如果沒有地面給的向前的靜摩擦力,那麽,人就會失去平衡,就會爬到地上,只能「寸步難行」了。
但這位,依然從能量角度分析,不認為是地面給的向前的靜摩擦力使得滑輪溜冰向前的。
我始終不明白:如果滑輪溜冰是靠勢能與動能變化來向前的,那麽,按說在冰面或者很光滑的地面,也應該可以玩滑輪溜冰啊!
但我從來沒有看到有人在冰場玩過滑輪溜冰啊!
在跟這位清華物理系畢業的高級知識分子討論過程中,我家孩子一直建議我不要討論了。因為我家孩子雖然現在才是高一,物理還學得一般,但孩子會玩滑輪溜冰,會玩冰刀,也對非雪地胎在雪地與冰面打滑上不來出不來深有體會,所以在平地上物體向前加速是因為地面給的向前的靜摩擦力這一點已經是個常識了: 汽車油門給得再大,驅動輪再瘋狂轉,如果抓不住地面,沒有摩擦力,或者摩擦力過小,汽車是無法向前的。
孩子很不理解我為什麽一直要討論這個問題。我跟孩子說是因為我擔心自己搞錯了,畢竟那是清華大學物理系畢業的高級知識分子啊!
最終結果依然是,這位物理科班出身的,依然認為陸地沖浪板加速時,受到的地面給的摩擦力是朝後的,跟那位高三物理老師一樣。
在我看來,那位高三物理老師之所以急著下結論,是因為他對新事物了解還不夠,有些自負而已。而這位清華物理系畢業的,就不僅僅是自負了,還因為力學知識並沒有完全融會貫通: 不太熟悉運動與力部份的相關公式,不太熟悉為何引入機械能,將能量轉化與運動與力隔離開來了。 同時,我也覺得這位仁兄很可能不太認可清華的校訓,很可能不愛運動。如果愛運動,會滑滑輪的話,也應該體會過腳往後一蹬,給地面一個向後的力,地面就會給一個向前的反作用力,滑輪溜冰就能前進了啊!
清華大學物理系畢業的這位仁兄的更過評論,可以參看這篇文章: