高中物理教师常犯知识性错误(修订版)

高中物理教师常犯知识性错误及其辨析 湖北省恩施高中  陈恩谱 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础；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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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，对于匀强重力场（小范围内的引力场），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/2中i由5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/2中i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。 21、以为液体分子排列是无 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的 ［辨析］液体微观结构，与非晶体类似，所谓近程有序，远程无序。也就是说，小范围内，临近分子间还是规则排列的，不过是，其大范围内不像晶体那样被严格重复，甚至由于部分分子会在耦合振动中出现动能较大而离开原来的平衡位置转移到新的平衡位置振动（流动性的本质），但是，液体分子在平衡位置处振动时间远长于自由转移的时间。 22、以为绝对零度时分子是静止的 ［辨析］按量子力学中的不确定度原理可知，分子的位置和动量不可能同时为确定值，两者的不确定度乘积总大于一个常数；因此，按经典物理学预言绝对零度时分子不动，分子位置和动量都完全确定，实际上是不可能的。实际情况是，分子能量会趋于一个确定的最小值，即零点能量，分子还在按波函数确定的方式运动，并不停下来。 23、以为角速度是没有方向的 ［辨析］角速度是矢量，其方向由右手螺旋定则来确定，物体的转动惯量乘以角速度矢量，就是物体的角动量矢量。这类似于物体质量（平动惯量）与线速度的乘积为（线）动量一样。 24、以为磁场变化时，电动势只分布在磁场所在区域，并在此基础上还去计算路端电压 ［辨析］实际上，磁场变化时，将在整个空间产生涡旋电场，因此，凡是有导体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 处就有电动势分布，也就是说，认为电动势只分布于磁场所在周边（或一侧）的导体中，是明显错误的。而这类感生现象中，计算恒定电场电势差实际上很麻烦，所以高考明确 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 不得计算感应电源内电路上的电势差。 25、以为游标卡尺不需要估读 ［辨析］游标卡尺读数的前提是有刻度线对齐，然而，这实际上是不可能的，我们不过是选择了最接近对齐的刻度线在读数；实际上会存在没有一条线接近对齐的情况，尤其是十分度，这就需要估读。游标尺的精度（主尺最小分度与游标尺最小分度的差值）越小，接近对齐的可能性越大，但是，我们仍然是依估计而确定的最佳“对齐”刻度线来读数的。也就是说，即便“没有估读”，也实际上是估读！ 26、以为能量是物体对外做功的本领 ［辨析］能量是物体的一个状态参量，因其守恒而重要的一个参量，与做功与否、能否做功之间没有关系，比如，氢原子基态能量为-13.6eV，然而这个值并不是氢原子对外做功能力的标志。另一方面，能量变化的量度，有多种方式，功不过是力学过程中能量变化的量度，热学过程中，能量变化的量度是热量，还有许多问题中，只谈能量变化，不谈功、热量这类量度物理量。另外，功能关系只是确定能量的变化量，无法确定能量的具体数值，能量的具体数值，还需要先选定能量零点，然后依据功能关系或能量守恒去确定确定状态下物体的能量数值。 27、以为核反应中质量不守恒 ［辨析］核反应过程中有质量亏损，这个质量亏损，是指反应体系静止质量有增加或减少；我们知道，E=mc2，能量守恒，就是质量守恒，因此，任何反应过程中，系统质量都是守恒的，不过，这里质量是包含辐射光子的质量，以及所有粒子的动质量（相对论性质量）。 28、以为真空是真的空的 ［辨析］量子场论指出，每一种粒子对应于一种量子场，粒子就是对应的场量子化的场量子。当空间存在某种粒子时，表明那种量子场处于激发态；反之不存在粒子时，就意味着场处于基态。因此，真空是没有任何场量子被激发的状态，或者说真空是量子场系统的基态。氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩，实验上已经以非常高的精度证实了真空极化的效应；高能正负电子对撞湮没为高能光子，反之高能光子可使真空激发出大量的正负粒子。 29、以为共振条件是驱动力频率等于物体固有频率 ［辨析］无阻尼受迫振动，在驱动力频率等于振动系统固有频率时，振幅趋于无穷大；实际振动都是阻尼振动，当驱动力频率略小于固有频率时，振动系统振幅可达最大值，这就是共振；阻尼越小，则共振频率越接近振动系统固有频率。 30、以为滑动摩擦因数与物体间相对速度无关 ［辨析］动摩擦因数是与物体间相对速度有关的，尤其是相对速度较大时，摩擦因数会随速度增加明显增加。不过，低速情况下，在速度变化范围不大时，动摩擦因数可近似当做一个定值。 31、以为方波形交变电场中，带电粒子仅受电场力作用不受磁场力作用；同理，以为磁感应强度随时间方波形规律变化的磁场中，带电粒子只受磁场力而不受电场力 ［辨析］比如方波形变化的电场，在电场方向突变瞬间，电场强度变化率极大，会引起感应磁场并造成电磁辐射；同样的，磁场变化时也会产生涡旋电场…这个感应产生的新场必将对粒子运动产生影响。 32、以为温度真的只与分子有关，而与原子核、中子、质子等无关，以为原子核稳定性与温度无关 ［辨析］绝对温度与物质粒子平均动能成正比，确定温度下，物质粒子平均动能等于ikT/2，其中i即物质粒子的自由度个数。在温度较低时，物质热性质粒子为分子，当温度升高到分子裂解成原子，或者温度进一步升高，电子和原子核就会剥离，即等离子体，成为热的载体的粒子就是电子和原子核；若温度进一步升高，原子核可能进一步拆解为中子质子，这时，热的载体即中子、质子…通常温度下，物质粒子（分子）吸收能量往往小于粒子发生能级跃迁所需要的能量，即有些自由度被冻结；温度越高，自由度解冻越来越厉害，更微观、粒子动能更大…因此，可以认为通常温度下，原子核衰变快慢（半衰期）与温度无关。 33、以为相互作用势能是储存于相互作用的物体上的 ［辨析］相互作用势能，实际上时储存于相应的场中的，比如电容器储存的电势能，实际上是储存在两极板间的电场中的，线圈中的能量是储存在线圈中的磁场中的，场的能量（体积）密度与电场强度、磁感应强度的平方成正比。相互作用势能，只是场能的一部分——互能部分，另一部分叫做带电粒子或磁体的自能。 34、以为机车恒定功率启动、雨滴受与速度成正比空气阻力由静止下落、导体棒在导轨上由静止释放后在切割磁感线时，都可以在有限时间（或有限距离）内即可达到最大速度做匀速运动 ［辨析］实际上，这些情况下速度随时间是增加越来越慢，图像上，v_t图线以最大速度水平线为渐近线，方程上，时间积分上限取做最大速度时，为发散积分，即要经历无穷长时间才能达到最大速度状态。 35、以为原子只能吸收等于两个能级之差的光子的能量，不满足能级差的光子能量无法被原子吸收 ［辨析］原子分子可以吸收任意频率光子（电磁波）的能量，光子能量等于原子分子能级差时，发生共振吸收，原子分子即发生能级跃迁；不等于能级差时，吸收能量无法引起原子分子能级跃迁，但是会引起原子分子内电子、原子的振动，振动频率等于入射光的频率，吸收的能量又会被辐射出来，这就是物体反射、折射、散射光波的实质，物体的颜色，天空的颜色，都是基于这种吸收与发射。 36、以为光（电磁场）在介质中的传播速度小于真空中光速 ［辨析］其实，电磁场在任何时候任何介质中传播速度都等于真空中光速，光速与介质是无关的！那么，折射率是怎么回事呢？需要明白的是，电磁波进入介质后，会被介质分子吸收，介质分子中的电荷就会因为同频率振动而辐射电磁波，原来的电磁波与感应电磁波（两者都是以真空中光速在介质中传播）叠加的结果，将表现的相位出现滞后，如同光速减小了一样，但实际上，叠加波仍然是以真空中光速在传播，不过是光的表观速度（相速）减小了而已。稍稍思考一下就明白：原子分子中，除了实物粒子在，就是“真空”，光子要么与实物粒子相互作用，要么就走过“真空”，其速度不就是真空中的光速么！ 37、以为库仑定律只适用于真空 ［辨析］电荷处于介质中时，由于电荷的电场作用，介质会被电极化，产生极化电荷，原电荷与极化电荷共同作用于另一电荷，合力的确不能用真空中两原电荷间的库仑定律计算了。然而，无论是原电荷还是极化电荷，对另一个电荷的作用力都是由真空中的库仑定律来确定。也就是说，电荷间的静电力，无论真空中还是介质中，表达式是一样的，并不需要在介质中在分母上再乘以介质的相对介电常数。 另外: 1、无法给学生解释清楚干涉现象中两列波相消叠加时两列波的能量去向 ［辨析］其实，在干涉发生时，能量在波源处就已经按叠加原理的结果不均匀发出了，即从波源处就把能量更多的分配到振动加强的区域去了，从波源处就没有或只有极少能量分配到振动相消的区域…并不存在能量先各个方向均匀辐射，然后在相消处凭空消失那么回事。比如薄膜干涉，在空气薄膜两个表面反射时，光波能量即已经按干涉结果重新分配了…那么，叠加原理怎么理解？可以说，那不过是一个分析手段，而不是真的有两列波（包括能量）先各自独立的发射过来后再叠加。 2、无法解释光电效应方程中为什么没有电子热运动动能 ［辨析］光电效应中所需光子能量必须超过物质的逸出功，而逸出功的数量级为几到十几电子伏特，然而，通常温度下，金属中自由电子的热运动动能只有零点零几电子伏特，远小于逸出功，因此完全不必考虑电子热运动动能；但是，当金属温度达到1000摄氏度以上时，电子热运动动能就会超过逸出功而逸出金属表面，这就是热电子枪的基础…